試験管内から生体内への外挿

インビトロからインビボへの外挿(IVIVE) とは、インビトロで行われた実験結果や観察結果を定性的または定量的に転置して、生体 内の現象を予測することを指します。

試験管内試験の結果を転用する問題は、動物実験が段階的に廃止され、代替試験に置き換えられつつある毒物学などの分野で特に深刻です。

多くの場合、 in vitro実験から得られた結果は、 in vivo での化学物質曝露に対する生物の生物学的反応を予測するために直接適用することはできません。したがって、一貫性があり信頼性の高いin vitro からin vivoへの外挿法 を構築することが極めて重要です。

現在、2 つの解決策が一般的に受け入れられています。

• （１）組織内に存在する細胞間相互作用を再現するために複数の細胞が相互作用できる試験管内システムの複雑さが増す（「ヒューマン・オン・チップ」システムなど）。 ^[1]
• （２）数学的モデリングを用いて複雑なシステムの挙動を数値的にシミュレートし、in vitroデータからモデル開発のためのパラメータ値を得る。^[2]

2 つのアプローチを同時に適用することで、in vitroシステムは数学モデルの開発に十分なデータを提供することができます。代替テスト方法の開発を求める声に応えるため、ますます高度化するin vitro実験により、数学モデルに統合できる複雑で困難なデータが数多く収集されるようになりました。

薬理学におけるIVIVEは、薬物動態（PK）または薬力学（PD）を評価するために使用できます。^{[引用が必要]}

生物学的摂動は、毒物の濃度と標的部位での候補薬物（親分子または代謝物）の曝露期間に依存するため、生体内の組織および臓器への影響は、 試験管内で観察されるものと完全に異なる場合もあれば、類似している場合もあります。したがって、試験管内で観察される有害作用を外挿することは、生体内PKモデルの定量的モデルに組み込まれます。一般に、任意の化学物質の吸収、分布、代謝、排泄を含む生理学に基づくPK（PBPK ）モデルは、試験管内-生体内外挿の中心であると認められています。^[3]

早期効果や細胞間コミュニケーションのない効果の場合、同じ細胞曝露濃度は、実験的にも定量的にも、in vitroとin vivo の両方で同じ効果を引き起こすと想定されます。これらの条件では、(1) in vitro で観察された用量反応関係の単純な薬力学モデルを開発し、(2)それを変更せずに転置してin vivo効果を予測するだけで十分です。^[4]

しかし、培養された細胞は完全な生物の細胞を完全に模倣するわけではありません。この外挿問題を解決するには、メカニズム情報を含むより統計的なモデルが必要です。あるいは、細胞応答の生物学的メカニズムシステムに頼ることもできます。これらのモデルは、分子経路、臓器機能、全細胞応答、細胞間通信、組織応答、組織間通信などの階層構造を特徴としています。^[5]

• Blaauboer, BJ (2010). 「生体運動モデリングとin vitro - in vivo外挿」。毒性 学と環境衛生ジャーナル、パートB。13 ( 2–4): 242–252。doi :10.1080/10937404.2010.483940。PMID 20574900。S2CID 36228477  。
• Quignot N.、Hamon J.、Bois F.、2014、「in vitro 結果を外挿してヒトの毒性を予測する」、In Vitro Toxicology Systems、Bal-Price A.、Jennings P.、Eds、Methods in Pharmacology and Toxicology シリーズ、Springer Science、ニューヨーク、米国、p. 531-550