试管内方式（in Vitro）

本条目初稿作者：蕼葉苜蓿

试管内方式（拉丁文指在玻璃器皿内）：指在人工控制的环境下，于活的生物体外进行实验的一种技术。广义上来说，任何把生物体的一部分摘出和游离于生物体外而进行的生物学实验都可称为“In vitro”，所以更确切的解释应为离体方式或活体外方式。举例来说，这种技术最有名的例子是在试管内进行体外授精，即我们经常听说的试管婴儿；此外，把摘出的蛙心脏放在任氏液中观察其博动状况、把剥离出的中国仓鼠卵巢组织的原代细胞放在特定培养液中培养并传代（细胞培养）、用胚胎干细胞在体外进行人工定向分化（诱导干细胞分化成为心、肝、肾或某种特定的器官、组织）以及用PCR方法扩增基因片段等等都是“In vitro”的例子。

现今，许多细胞生物学实验都会使用这种在生物体外的技术，但因为实验对象所处的环境与其在生物体内相差甚大，这就会导致体外实验所得到的结论如发生在活的生物体内时，情况可能会变得很不相同，这是因为细胞在离体后，失去了神经体液的调节和细胞间信号的相互影响，生活在缺乏动态平衡的相对稳定环境中，日久天长，细胞的分化现象减弱，形态功能趋于单一化或生存一定时间后衰退死亡，又或者发生转化获得不死性，变成可无限生长的连续细胞系或恶性细胞系（癌性细胞）。可见，试管内方式的细胞既保持着与体内细胞相同的基本结构和功能，也有一些不同于体内细胞的性状。实际上细胞一旦被置于体外后，这种差异就开始发生了。

虽然如之前所说，试管内方式的细胞与活体内方式存有差异，但它们并未失去研究的意义。且不论其有许多性状仍与体内相同（如体外培养的心肌细胞仍可博动），只从细胞遗传学的角度看，离体细胞仍带有全套的二倍体基因。在试管内方式中细胞的表现，只不过是相应基因关闭／开启引起的现象，这并非是绝对缺陷。恰恰相反，某些特定功能的丧失，可为该基因的表达与调控提供线索，从而有利于人们掌握该基因的功能。因此，像这样的实验结果经常用斜体字注解为“in vitro”（试管内方式），对照并区别于同样用斜体字表示的“in vivo”（活体内方式）。

这种试管内方式的研究针对于描述构成生物体器官子集的实验变量的效果，它趋于聚焦在研究器官、组织、细胞、细胞构件（如细胞核、叶绿体、线粒体等细胞器），蛋白质（例如酶、抗体等都属于生物蛋白）以及生物分子（DNA、mRNA、磷脂等分子）。总的来说，这种体外方式更合适用来推断生物反应的作用机制 [可参见in vivo（活体内方式）的描述以及其与in vitro（试管内方式）各自不同的优点]。由于试管内方式实验的变量更少，所以这种方式的实验可重复性高、稳定性好，并且人们能观察到原本无法察觉的由微小原因所导致的反应，因为它们被明显地放大了，所以通常我们更加容易辨识试管内方式实验所产生的结果。

由于试管内方式能在体外使用结构类似物（例如甲氨喋呤MTX是人类改造的叶酸结构类似物，它们在化学结构上类似），所以对比起来，活体内方式显得过于特异并且昂贵，大规模地采用廉价的体外分子生物学技术已经导致了人们转变于远离活体内方式的研究。通常来说，在体外的试管内方式研究是极其重要的并且是非常具有生产价值的，就如我们日常所使用的抗生素，就是由各种放线菌在生物反应器内发酵所产生。可以预见的是，现今科学家们正使用试管内方式大量研究各种新型的基因药物和脂质体药物，它们将在未来帮助人们克服例如癌症之类的各种顽症。

此外，试管内方式在不用动物或减少用动物来进行药物安全测试或生产生物制品方面也有一定的积极贡献。特别是在药物安全测试方面，一些技术被发展了起来，有像试管内方式（也就是不使用活体动物，而通常使用动物血清或全血），或用更低等的动物或细菌的办法，抑或是采用动物胚胎的方式。不过尽管有了很多的努力，发展直接取代动物试验的方法仍旧是个非常缓慢和极其苦难的过程。一些国家在用别的方法取代动物试验上已经立法，如英国就已经宣布在化妆品测试中使用动物是违法的。对另外一些没有立法的国家来说，在非必要的情况下不去进行动物试验会更经济，此外这也关乎伦理和科学义务。

由于很多不使用动物的试验有其局限性，所以科学家把重点放到减少动物的需求量而不是完全取代使用动物上。值得一说的是，一些试管内方式的实验能作为预筛选的方法从而减少需要测试的化合物进入动物检验阶段，例如用细胞培养的方法检测到10个化合物中有9个有生物毒性会导致细胞死亡，这样就只会有1个化合物会被用到后续的动物安全性实验中而不是原先的10个，从而大大减少了动物的使用量（10倍乃至20倍的减少量），并且这样的预筛选方法也可以明显缩短整个实验的周期。

由此我们还可以看到一个最著名的使用试管内方式取代动物实验的例子：在上世纪80年代之前的60年中，人们获取胰岛素（治疗糖尿病药物）的方法只有采集猪或牛的胰脏，但是动物制品难免有很多杂质，这就需要用注射老鼠或兔子来检测胰岛素的纯度和活性，通常就要通过3轮试验并使用160只实验动物。而现今，人们已可以用大肠杆菌工程菌大规模发酵的方式来大规模生产纯度很高的胰岛素，这样只需用液相色谱（HPLC）就可以在几小时内检测到纯度，而完全省去了动物试验的方法（于1991年通过美国药典）。此外，用体外培养的3T3老鼠细胞来进行紫外线UVA的光线损害实验、用动物器官或晶胚来进行化合物的致畸性实验、用沙门氏菌来进行致癌性致突变性实验等等都是试管内方式的例子从而可以挽救更多实验动物的生命。

另外，由于每年都有难以计数的动物作为人类食物而被屠杀，所以近来美国动物保护组织悬赏100万美元来鼓励开发试管肉，顾名思义就是在体外环境下用动物干细胞来培养出可以食用的肉，从而替代屠杀动物食用的方法。不过试管肉虽然在理论上可行，但由于体外培养的成本及难度大大高于直接食用动物，所以这还需要科学家进行相当长时间的探索。

总而言之，虽然现今仍旧不可能完全摒弃使用实验动物进行生物测试（例如毒性测试及一些吸收测试）和生物制品生产（例如生产实验室抗体要杀死老鼠并取得免疫后的脾细胞或腹水），但人们正不断得使用试管内方式来逐步解放这些实验动物，期望在将来，不再会有动物为人类献出自己的生命。

相关词条：

• 试管肉

参考资源：

[1]in vitro - Wikipedia, the free encyclopedia，网址：http://en.wikipedia.org/wiki/In_vitro

[2] RDS: non-animal replacement methods in safety testing，网址：http://www.rds-online.org.uk/pages/page.asp?i_ToolbarID=4&i_PageID=149

[3]SATYA: From Fiction to Fork，网址：http://www.satyamag.com/sept05/hawthorne.html