我們在生物實驗上常看到in vivo、in vitro 、ex vivo等字眼,其實這些字眼對於我們在實驗設計、評估一篇論文的成果價值時都很重要,因此有必要將這三者區別開來。

in vivo、in vitro 、ex vivo的定義

今天剛好看到華樂絲討論in vivo, in vitro 與ex vivo差異的文章,連結如下:

https://www.editing.tw/blog/「in-vivo」、「in-vitro」和「ex-vivo」三者間的差異.html

這篇大致上講了三者的定義,也概略提出了區別三者的方式。

我先簡要概述定義如下:

但這三者的區別在實務上更加微妙,並不僅單指操作環境的活體與否,它也一定程度帶有語氣強度與作者立場的暗示。關於語氣強度可參考[學術寫作]— 寫論文時對數據沒把握?談如何用適當的寫作語彙呈現論文敘述

最常見的 In vivo & in vitro

In vivo的定義遠較活體嚴格,它不單指活體本身,還要求儘量貼近原始狀態的活體,這至少要求了以下幾點:

1.必須使用原先的生物,這是最基本的要求。

例如我在酵母菌中表現植物基因,這就不能算是該植物的in vivo實驗,即便酵母菌是活體也是如此。

2. 使用的生物材料、組織必須是組成完整的,比方説缺少細胞壁的植物細胞 protoplast即便有生命徵象也不是in vivo

3. 過度偏離生物原始狀態,從而導致可能與原物種有重大差異的也不算。

最常被質疑的例子就是過度表現某個基因(over expression, OE) 的表現株,由於它的表型與生理機制已經與原先正常狀態相去甚遠,且不會很自然的出現在該生物內,會被某些學者認為它不是很正規的in vivo

由以上三點可以看出想宣稱自己的研究條件屬於in vivo 是相當嚴格的,所以下次如果在好期刊上看到某個研究標題宣稱他是在in vivo完成該研究的,這通常是不得了的事情

至於那些不屬於in vivo 的,通常會直接被歸類到in vitro,我也有聽過某些老師會將較接近in vivo的情況(如前述的OE株)稱為semi-in vivo,不過這都是個人見解,寫論文時是沒有semi in vivo的寫法的

舉個例子,當我們使用免疫沉降法來沈澱交互作用蛋白質時,我們可以在in vitro條件下使用特定的抗體將目標蛋白質從溶液中分離出來。這種方法有助於研究蛋白質與其他分子之間的相互作用。

若我們在酵母菌系統轉殖與表現蛋白質也in vitro研究。因為它仍是在實驗室的環境中進行,將目標蛋白質轉殖到酵母菌中進行表現,以研究其功能和特性。

semi in vivo & ex vivo

關於semi in vivo,當我們使用過度表達法(overexpression)在生物體內表達目標蛋白質時,我們雖然在in vivo環境中進行實驗,但由於表現量過高或與原始狀態有重大差異,這可能不符合嚴格的in vivo標準。

若我們真要做in vivo,我們可以通過使用相近於原始表現量的表現方式,在生物體內表現目標蛋白質。這種方法使我們能夠觀察蛋白質在其天然環境中的行為和功能,並研究其對生物體的影響。

Ex vivo 在植物學中少用,因植物具有全能性,只要給予良好條件就能發育成完整植株,所以沒有所謂 「半活體的部分組織」,多數直接分為in vivo跟in vitro,當然這也是我所看到的領域習慣。臨床跟醫學界比較多用ex vivo

關於領域內研究的評估,可以參考以下:

區別生物實驗中in vivo、in vitro 、ex vivo的意義 0916

在實驗設計時,in vivo、in vitro 、ex vivo的差異主要影響到我們能選取的對照組、對實驗方法的選擇。

比方說前述研究蛋白質交互作用的例子,若我能允許in vitro 的條件,則我就能選取各種酵母菌做實驗宿主,同樣的也能以酵母菌的各種組合來作為對照組,我的選擇會遠比in Vivo更彈性。

對實驗方法而言,in vivo 為了保持原始狀態,許多較為暴力的作法比方說強力震盪、蛋白質變性就無法使用,能採取的實驗方法就會受限,而對於實驗技巧的要求也會比in vitro更高

對於時間與材料成本來說,in vivo通常更加麻煩,而且材料要求通常也較in vitro更高,所以得花更多的心力與時間準備

也就是說,若能將實驗訂在in vitro的範疇內執行,雖然貢獻會小一些,但無論是方法選擇、時間與材料成本、實驗設計等,都會更加彈性。這也是在開始執行前,應先評估自己實驗適用哪種的原因。

關於控制組、實驗設計、管理與排程可參考以下: