Las 5 diferencias entre in vivo, in vitro y ex vivo

El estudio de las ciencias biológicas y la investigación es un campo muy complejo que se basa en la experimentación. Y esta se puede plantear in vivo, in vitro o ex vivo. Veamos los fundamentos de cada una de las técnicas.
Diferencias in vivo in vitro ex vivo

El mundo de la investigación científica se propone preguntas ante incógnitas que nos rodean e intenta encontrar las respuestas a través de la experimentación. En concreto, en el cambio de las ciencias biológicas (ya sea bioquímica, biología, veterinaria, biomedicina…) intenta resolver preguntas relacionadas con los seres vivos.

Por ejemplo, ¿cómo de efectiva es una sustancia para curar determinada enfermedad?, ¿cuál es la dosis adecuada para que tenga efectos terapéuticos y que además no cree reacciones adversas?, ¿cómo funcionan las células cancerígenas?, ¿qué adaptaciones presentan para acampar a sus anchas por nuestro cuerpo y generar metástasis? Todas estas preguntas son solo una fracción muy diminuta en comparación con la cantidad de incógnitas que se han preguntado los científicos a lo largo de la historia.

Los fundamentos de la investigación: ¿qué es el método científico?

Leonardo da Vinci fue uno de los primeros defensores del método científico actual, que se basaba en plantearse una pregunta y resolverla a partir de la observación experimental. Gracias al desarrollo económico y tecnológico, las investigaciones científicas llevadas a cabo en la actualidad son mucho más sofisticadas y tienen lugar en laboratorios especialmente diseñados. La investigación basada en el método científico y con nuestro desarrollo tecnológico ha permitido resolver muchas incógnitas de manera eficiente. Gracias a ellas, hoy en día disfrutamos de una calidad de vida envidiada por las personas del pasado.

En cuanto al tipo de investigaciones en ciencias biológicas, estas se podrían clasificar en dos tipos distintos. El primero es el de la investigación básica, que pretende entender procesos biológicos fundamentales o el mecanismo por el que un tratamiento puede afectar al cuerpo. El segundo tipo es el de la investigación traslacional. Este pretende crear los pilares de información necesaria para la investigación rigurosa de los efectos y seguridad de un producto que finalmente pretende ser utilizado en personas (en ensayos clínicos, de los que hablaremos a continuación).

Como comentábamos, el método científico está basado en la observación y, en las ciencias biológicas, los experimentos que se han de llevar a cabo para dilucidar las respuestas se pueden dividir en dos tipos. Por un lado, tenemos la investigación preclínica, que alberga todo el conjunto de experimentos que han de realizarse antes de poder experimentar y comprobar la hipótesis en humanos.

Por otro lado, está la investigación clínica, que es la agrupación de experimentos que se hacen en personas para estudiar la efectividad, el ajuste de la dosis adecuada de medicamentos para seres humanos, la posibilidad de efectos adversos y el ratio de coste/beneficio, entre otros factores. Estos conforman los ensayos clínicos, y existen diferentes fases o pasos dentro de ellos.

¿En qué se diferencian los experimentos in vivo, in vitro y ex vivo?

En este artículo nos centraremos en aquellos experimentos que han de realizarse antes de poder testear el producto investigado en humanos. Veamos sus tipos, en función del método utilizado, además de sus características y diferencias. En concreto, exploraremos los métodos de los que tanto se habla, pero muchas veces no conocemos bien sus diferencias. Estos son los experimentos preclínicos de tipo in vitro, ex vivo e in vivo.

1. Tres conceptos, tres definiciones

In vitro. Según la Real Academia Española (RAE), este término viene del latín y literalmente significa “en vidrio”. Esto se debe a que generalmente se hacen en placas de Petri u otras estructuras de vidrio, como los tubos de ensayo.

In vivo. Según la RAE, este término significa “en el ser vivo”, en latín y hace referencia a “los procedimientos de experimentación científica que se realizan con organismos vivos”. Este es el caso de la experimentación animal.

Ex vivo. La RAE en este caso no aporta ninguna definición al respecto, pero siguiendo la misma lógica hace referencia a “fuera del ser vivo”. Los experimentos de tipo ex vivo normalmente se basan en la extracción de células de un animal de estudio y la experimentación con las mismas, eso sí, fuera del animal, por ejemplo, en una placa de Petri.

In vitro
In vitro.

2. Los experimentos in vitro se realizan antes

En general, para intentar resolver una pregunta científica, los investigadores se plantean una hipótesis. Por ejemplo, “creemos que el compuesto de esta planta se dirige específicamente a células tumorales y ayuda a reducir su población”. Esta hipótesis es simplemente una idea, la cual puede estar basada en conocimientos teóricos previos, en prácticas tradicionales medicinales o simplemente pura intuición.

Normalmente los investigadores establecen una cronología, es decir, primero realizan los experimentos de carácter in vitro, en placas de Petri, donde las variables a tener en cuenta son mucho más reducidas y controladas. Después, se suele pasar a los experimentos de tipo ex vivo o in vivo. Por ejemplo, y conectando con la definición anterior, al comprobar los mecanismos puramente moleculares del compuesto, pasas a estudiar el efecto del mismo en células del animal de estudio (en muchos casos suelen ser células de ratones, ratas o personas) en un ambiente más controlado, como puede ser el de la placa de Petri (ex vivo).

También puedes pasar al experimento in vivo, donde estudias el efecto del compuesto en las células tumorales, y además también tienes en cuenta otros factores que pueden determinar en el resultado final. Por ejemplo, a veces podemos encontrar compuestos que son súper efectivos cuando están en contacto directo con las células tumorales, pero si se administra en el sistema sanguíneo o por vía oral, existen determinadas barreras que impiden el transporte del compuesto al destino final donde se encuentran las células tumorales.

Además, este compuesto también puede causar efectos adversos en otras células del organismo. Es por esto que estudiar el compuesto en estos tres tipos de experimentación científica es importante dado que pueden proporcionar datos diferentes, complementarios e información valiosa para el diseño del producto final.

3. Los experimentos in vivo y ex vivo son más caros

Como hemos comentado antes, los estudios in vitro se suelen hacer primero y después los ex vivo e in vivo. Entre los motivos por los que se sigue esta cronología se encuentra el coste de los experimentos. También otro factor importante es el de la regla de las tres Rs de la investigación (especialmente Reemplazar, por métodos que eviten el uso innecesario de animales).

De manera general, es mucho más barato, además de fácil de llevar a cabo, un experimento de tipo in vitro, donde no existe tanta presión por trabajar con las células y/o animales, experimentos que son muchísimo más caros y más éticamente comprometidos. Después de haber dado luz verde a los experimentos que no requieren animales, entonces se suele pasar a los siguientes tipos de experimentos. No obstante, a veces los primeros funcionan y los experimentos animales no y viceversa. El mundo de la ciencia es muy complejo y lleno de enigmas.

In vivo
In vivo.

4. Los experimentos in vivo se adhieren más a la realidad

A pesar de que los estudios in vitro suelen ser mucho más baratos, también tienen una gran desventaja y es que dichas investigaciones se llevan a cabo en ambientes que son muy distintos al destino final de los productos desarrollados. De esta manera, es mucho más efectivo y cercano a la realidad estudiar el efecto y la seguridad de un producto en ambientes lo más cercanos al animal al que se destina el producto (en muchos casos, ambientes lo más cercanos posibles al cuerpo de los humanos, o a sus órganos).

Un dato muy interesante es que hay muchos estudios que demuestran la efectividad de un compuesto para curar o mejorar el pronóstico de enfermedades. Muchos de estos estudios en fase in vitro dan muy buenos resultados, pero cuando se llevan a cabo en organismos, muchas veces dejan de ser efectivos e incluso pueden llegar a ser nocivos. De hecho, el asunto se complica más y es que incluso la experimentación en animales es defectiva, pues suele experimentarse en animales no humanos.

La diferencia anatómica y fisiológica entre los organismos modelos de experimentación y la de los humanos es tan grande que muchas veces tratamientos 100% efectivos en un animal, no lo son para el ser humano. Esto abre muchas cuestiones en el mundo de la investigación, por lo que nuevas metodologías están abriéndose paso para intentar solventar este dilema. Entre ellas, destacan la simulación de órganos humanos además de los estudios bioinformáticos.

5. Los estudios in vitro no pueden darse en personas

A diferencia de los estudios in vitro, que no requieren generalmente la experimentación con animales o personas, los estudios in vivo y ex vivo pueden darse en personas. Por ejemplo, existen algunas investigaciones clínicas (aquellas que se hacen en personas, después de haber pasado las experimentaciones preclínicas) que utilizan ambos métodos.

Puede darse el caso de que se suministre el producto farmacéutico a la persona, bien por vía oral o por inyección, pero también hay casos de experimentación ex vivo. Los estudios ex vivo en personas consisten en la extracción de una población específica de células del paciente, la corrección de las mismas en el laboratorio y la posterior inyección al paciente de estas células propias tratadas.

Esto suele ocurrir por ejemplo en tratamientos de terapias avanzadas, como la terapia génica. En concreto, con enfermedades que permiten este tipo de tratamientos, como enfermedades del sistema hematopoyético (células blancas, células rojas y/o plaquetas).

Concluimos este artículo recordando que el mundo de las ciencias biológicas está lleno de montones de incógnitas por descubrir y problemas por solventar. Antes de pasar a la experimentación en seres humanos, o para llevar a cabo investigaciones de carácter más básico y universal, existen tres tipos de metodologías de experimentación. Una que hace referencia al estudio que no requiere de animales, y que se realiza en tubos o placas.

Otras dos que requieren el uso de animales, en el caso de ex vivo se extraen células del animal y se experimentan con ellas mientras que en el caso de in vivo, la investigación se hace teniendo en cuenta a todo el animal. Existen diferentes ventajas e inconvenientes para los diferentes enfoques, como hemos comentado en los cinco puntos de arriba y nuevas estrategias están surgiendo para intentar ayudar desde otro enfoque al mundo de la investigación.

Ex vivo
Ex vivo.
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