Modelos de Estudio en Investigación biomédica Dra. Cristina Maldonado

Modelos de Estudio IN VIVO: las variables en estudio se aplican a todo el animal vivo (o paciente) y las muestras se analizan como salieron del organismo vivo. IN VITRO: las variables a las que se somete al tejido u órgano en estudio se aplican fuera del animal, previa dispersión celular.

Modelos de Estudio IN VIVO: castración Sham Testosterona s.c día 10 7 días 3 días vehículo s.c. castración Testosterona s.c IN VIVO: Grupo problema Grupo control

Modelos In Vivo 1- Condiciones iniciales al aplicar la variable en estudio . Animales son intactos y normales Ej: Analizar el efecto de Finasteride, un antiandrógeno, en el epitelio Secretor de la Próstata. Control: animal intacto y normal + vehículo . Animales modificados Ej: trabajar con animales castrados a los que luego le aplico la variable experimental. Control: animal castrado

Modelos In Vivo 1- Condiciones iniciales al aplicar la variable en estudio . Animales son intactos y normales Ej: Analizar el efecto de Finasteride, un antiandrógeno, en el epitelio Secretor de la Próstata. Control: animal intacto y normal . Animales modificados Ej: trabajar con animales castrados a los que luego le aplico la variable experimental. Control: animal castrado X X: Castrado X x Control Tratado con SS Tratado con Finasteride

Modelos In Vivo 1- Condiciones iniciales al aplicar la variable en estudio . Animales son intactos y normales Ej: Analizar el efecto de Finasteride, un antiandrógeno, en el epitelio Secretor de la Próstata. Control: animal intacto y normal . Animales modificados Ej: trabajar con animales castrados a los que luego le aplico la variable experimental. Control: animal castrado . Animales “modelos de patología” Ej: De Diabetes - NATURAL O ESPONTÁNEO Ratones NOD (non-obese diabetic) desarrollan espontáneamente la IDDM (Insulin Dependent Diabetes Mellitus). Control: animal “modelo”

Modelos In Vivo . Animales “modelo de patología” Ej: De Diabetes 1- Condiciones iniciales al aplicar la variable en estudio . Animales “modelo de patología” Ej: De Diabetes - NATURAL O ESPONTÁNEO INDUCIDO EN FORMA EXPERIMENTAL Agentes infecciosos: virus de la encefalomiocarditis Sustancias químicas: STZ (estreptozotocin) es un antibiótico citotóxico. Procedimientos quirúrgicos pancreotectomía

Modelos In Vivo . Animales “modelo de patología” 1- Condiciones iniciales al aplicar la variable en estudio . Animales “modelo de patología” - NATURAL O ESPONTÁNEO INDUCIDO EN FORMA EXPERIMENTAL Modelo de asma experimental Modelo de isquemia Modelo de encefalomielitis (EAE) Modelos de infecciones Modelo tumoral

Modelos In Vivo . Animales intactos y normales . Animal “modelo” 1- Condiciones iniciales al aplicar la variable en estudio . Animales intactos y normales . Animal “modelo” - NATURAL O ESPONTÁNEO - INDUCIDO . Animal manipulado genéticamente Ratones knock-out Ratones transgénicos

Modelos in Vivo Animales Knockout Ratones genéticamente modificados para producir la disrupción de un gen para el estudio de su función. El bloqueo de la expresión de un gen específico se realiza sustituyendo el gen original en su locus por una versión modificada del mismo, a la que se ha extraído uno o varios exones para generar una versión no funcional, incapaz de producir la proteína que codificaba el gen original.

Modelos in vivo Transfectados Se logra mediante la inserción de un gen foráneo (transgen) deliberadamente en su genoma, con el fin de modificar alguna característica del animal, ya sea porque el transgen introduzca una nueva funcionalidad o porque bloquee la expresión de un gen particular del huésped. Dramatic growth of mice that develop from eggs microinjected with metallothionein-growth hormone fusion genes. Palmiter RD, Brinster RL, Hammer RE, Trumbauer ME, Rosenfeld MG, Birnberg NC, Evans RM . Nature. 1982 Dec 16;300(5893):611-5.

Modelos In Vivo 2- Según el registro de la respuesta a) La repuesta se registra en muestras biológicas en las que se frenan los procesos biológicos por fijación, homogenización y congelamiento b) Bioensayo: la muestra se mantiene activa y la respuesta específica que genera se evalúa en un organismo vivo, o en un órgano mantenido “ex vivo”.

Bioensayos Bioensayo para estudiar el efecto del ANP Evaluando parámetros bíológicos como presión arterial, diuresis, Natriuresis, etc. Am J Physiol. 1985 Feb;248(2 Pt 2):F314-8. An improved bioassay method for determining natriuretic activity of atrial extracts. Johnson MD. Evaluando relajación/contracción de músculo liso arterial in vitro Klin Wochenschr. 1988 Sep 1;66(17):752-9. Isolation and structural analysis of "urodilatin", a new peptide of the cardiodilatin-(ANP)-family, extracted from human urine. Schulz-Knappe P, Forssmann K, Herbst F, Hock D, Pipkorn R, Forssmann WG.

Modelos de Estudio IN VIVO: las variables en estudio se aplican a todo el animal vivo y las muestras se analizan como salieron del animal. IN VITRO: las variables a las que se somete la muestra en estudio se aplican fuera del animal, con previa dispersión si provienen de un órgano (se rompe su estructura).

Modelos In Vitro . CÉLULAS PURIFICADAS Ej: macrófagos peritoneales . CÉLULAS CULTIVADAS Cultivo Primario . Requieren dispersión enzimática de las células . Pueden requerir purificación para aislar de otro tipo celular no deseado (gradientes de Picoll) Línea continua inmortalizada

Modelos In Vitro . CÉLULAS CULTIVADAS Línea continua inmortalizada Humanas: HeLa (carcinoma de útero) Hep-G2 (cáncer de hígado) DU145 (cáncer de próstata) MCF-7 (cáncer de mama) PC3 (cáncer de próstata) MDA-MB-438 (cáncer de mama) T47D (cáncer de mama) THP-1 (leucemia mieloide aguda) U87 (glioma) SHSY5Y (mieloma múltiple) Saos-2 cells (cáncer óseo) Primates Vero (epiteliales de riñón de mono Verde africano) Ratón MC3T3 (embrionaria craneal) GH3 (tumor de hipófisis) PC12 (feocromocitoma)

Modelos de Estudio EX VIVO: se trabaja con un órgano o trozo de órgano mantenido fuera del organismos en medio de cultivo, con mínimas alteraciones de las condiciones naturales Los procedimientos "ex vivo" más comunes implican células o tejidos vivos tomados de un organismo y cultivados en un laboratorio, generalmente, en condiciones estériles, en un entorno artificial, pero con unas alteraciones mínimas de las condiciones naturales. Debe durar pocas horas a 24 horas.

Modelos de Estudio En terapia génica se utilizan dos grandes estrategias actualmente: Ex vivo. Consiste en extraer células de un paciente, modificarlas in vitro mediante un vector retrovírico y reimplantarlas en el organismo. El riesgo de rechazo es mínimo y, por ello, es la técnica más utilizada. Se usa fundamentalmente en el tratamiento de cánceres. In vivo. Se trata de administrar el gen corrector al paciente en lugar de hacerlo a células en cultivo. Se emplea en células difícil de extraer e implantar nuevamente, como sucede en la mucoviscidosis.