生物医学基础研究的三种实验系统

医学科学强调治病救人，强调对临床问题的解决。因此，生物医学基础研究的实验系统主要围绕人的生理和病理过程展开。围绕这一目的，有3种常见的实验系统（图1-2），即体内实验系统（in vivo）、体外实验系统（in vitro）和离体实验系统（ex vivo）。体内实验包括在实验动物体内进行生理和病理过程观察、动物模型构建、潜在药物干预动物模型的机制研究等；体外实验主要指在永生化的细胞株上进行细胞生物学、药学实验研究，如建立某种疾病的细胞模型并在其上筛选具有干预作用的化合物、活性成分，研究某个基因过表达或基因敲低后对细胞功能的影响等；离体实验的性质介于体内实验和体外实验之间，是对从活体分离得到的细胞、组织或器官在体外实验环境下进行短时间培养、观察、干预，以研究特定细胞类群的性质、发育过程、药物干预效果等。

图1-2　生物医学基础研究的三种实验系统

3种实验系统中，体内实验能直接反映实验因素的机体真实反应，但是实验系统比较复杂、昂贵。离体实验因为细胞或组织器官直接分离自活体，在体外培养条件下其内环境组成和活体接近，得出的数据真实性高于体外实验但低于体内实验，在胚胎发育研究、缺乏特定细胞株、需研究特定类型器官发育等情况下较常用。体外实验系统在特定类型细胞株上进行，实验系统较稳定、受干扰因素少，结果比较稳定可靠，但并不能完全代表活体中特定类群细胞对实验因素干预时的反应，实验结果需要进一步经离体实验或体内实验来确定。

近年来出现的类器官（organoid）培养技术是通过将成体干细胞或胚胎干细胞、肿瘤组织等通过特定化合物处理、转录因子过表达或3D培养等方式，使其形成具有特定器官形态和特性的高级结构，如具有分支的类肺、具有导管和小管的类肝脏和类胰腺、小管状的肠道类器官。类器官可在体外更精确地模拟体内真实环境，减少对实验动物的依赖性，增加实验结果的真实性，可看做是一种新的离体实验系统。