In vitro versus in vivo : quais são as diferenças

Experiências in vivo: definição e exemplos de aplicação 

O que significa “in vivo”? O termo in vivo provém do latim e significa “dentro do ser vivo”. Refere-se a estudos experimentais realizados em organismos vivos completos, como animais ou seres humanos.

Estes ensaios permitem observar os efeitos de uma intervenção (como um composto, fármaco ou ingrediente funcional) no contexto real de um sistema biológico íntegro, preservando as complexas interações entre células, tecidos e órgãos.

Consoante o objetivo do estudo, são selecionados diferentes modelos animais:

• Drosophila melanogaster (mosca-da-fruta) é amplamente utilizada na investigação genética e neurocomportamental pela facilidade de manipulação genética.

• Danio rerio (peixe-zebra) permite estudar o desenvolvimento embrionário, a toxicologia e a função génica através de técnicas como a edição genética.

• Roedores (ratos e camundongos) e, em estudos mais específicos, primatas não humanos. Utilizados para avaliar a farmacocinética, toxicidade ou eficácia de novos compostos antes de passar para ensaios clínicos em humanos.

Aplicações comuns dos estudos in vivo 

• Avaliação da eficácia e toxicidade de fármacos, compostos bioativos ou ingredientes funcionais.

• Estudo da fisiopatologia de doenças e da sua progressão.

• Investigação do comportamento e da neurobiologia.

• Ensaios de biodegradação e toxicidade em ambientes químicos complexos.

Vantagens dos testes in vivo 

• Permitem uma análise sistémica e integrada do efeito de um composto ou tecnologia.

• Oferecem relevância fisiológica completa, considerando todos os processos metabólicos e interações orgânicas.

• Possibilitam o estudo de efeitos crónicos, multifatoriais ou em múltiplos órgãos.

Limitações dos testes in vivo 

• Requerem prazos longos de execução e planeamento.

• Têm custos económicos e logísticos elevados.

• Envolvem implicações éticas significativas, especialmente no uso de animais.

• Apresentam maior variabilidade interindividual, o que pode dificultar a interpretação dos resultados nas fases iniciais.

Apesar de proporcionarem uma visão integrada, os testes in vivo nem sempre são a primeira opção. Promove-se cada vez mais o uso de estudos in vitro como etapa preliminar ou alternativa, especialmente nas fases exploratórias e de acordo com os princípios das 3Rs: Substituir, Reduzir e Refinar o uso de animais em investigação.

Experiências in vitro: definição e exemplos de aplicação 

O termo in vitro, também do latim e significando “em vidro”, refere-se a estudos ou testes realizados fora de um organismo vivo, em ambientes controlados como placas, tubos ou biorreatores de laboratório.

Este tipo de experimentação permite analisar variáveis específicas — como a resposta celular, a absorção de compostos ou a atividade enzimática — sem a complexidade de um sistema biológico completo.

Existe também o enfoque ex vivo (“fora do ser vivo”), que se refere ao uso de tecidos ou órgãos extraídos de um organismo e mantidos viáveis sob condições experimentais específicas. Embora isolados, estes modelos mantêm parte da arquitetura e funcionalidade do ambiente nativo, sendo úteis para estudos fisiológicos mais avançados do que os in vitro clássicos.

Estudos in vivo e in vitro: utilização de culturas celulares 

Muitas vezes, para preservar as características fisiológicas, bioquímicas e genéticas do sistema biológico original, os investigadores recorrem ao uso de culturas celulares humanas ou animais.

Estas culturas simulam funções específicas de tecidos ou órgãos e podem classificar-se em quatro tipos principais:

• Culturas primárias, derivadas diretamente de tecidos.

• Culturas secundárias, obtidas a partir das primárias.

• Linhagens celulares contínuas, capazes de se dividir indefinidamente.

• Hibridomas, utilizados para a produção de anticorpos monoclonais.

Aplicações comuns dos modelos in vitro 

• Avaliação de fármacos comórgãos-em-chip: sistemas microfluídicos que simulam funções humanas essenciais (fígado, intestino, pulmão, etc.) com células humanas. Facilitam estudos preditivos de eficácia e toxicidade sem recurso a animais.

• Medicina regenerativa e engenharia de tecidos: através de culturas tridimensionais (3D), biorreatores ou scaffolds biofuncionais estudam-se processos como regeneração tecidular, cicatrização ou interação célula-matriz.

• Avaliação da absorção cutânea e transdérmica de ingredientes cosméticos ou farmacêuticos, com modelos de pele reconstruída ou tecidos ex vivo.

• Estudos de digestão e metabolização gastrointestinal: usando modelos intestinais in vitro, tecidos ex vivo ou simuladores digestivos para analisar estabilidade e transformação de ingredientes bioativos em condições fisiológicas.

• Modelos de permeabilidade e absorção intestinal para ingredientes, nutracêuticos ou aditivos alimentares.

• Testes de corrosão, irritação e penetração cutânea no desenvolvimento de produtos químicos ou cosméticos, usando modelos validados como pele humana reconstruída.

• Ensaios de limpeza ou desinfeção em tecidos reais, relevantes para os setores alimentar ou da saúde.

• Validação de tecnologias de conservação ou processamento de alimentos, como pasteurização ou alta pressão, em tecidos animais.

• Fertilização in vitro (FIV): talvez o exemplo mais conhecido, em que a fecundação do óvulo ocorre fora do corpo, numa placa de laboratório, antes da transferência do embrião para o útero.

Vantagens dos estudos in vitro 

Os estudos in vitro oferecem várias vantagens que os tornam ferramentas essenciais na investigação biomédica e farmacológica:

• Permitem controlo experimental rigoroso, reduzindo a interferência de variáveis sistémicas e aumentando a reprodutibilidade dos resultados.

• A utilização de tecidos humanos obtidos por cirurgia ou doação proporciona uma maior relevância fisiológica.

• Integração de técnicas não invasivas que permitem estudar dinamicamente processos celulares e tecidulares sem comprometer a viabilidade do modelo.

Limitações dos estudos in vitro 

Do ponto de vista ético, os estudos in vitro são uma alternativa válida e preferível à experimentação animal, alinhando-se com o princípio das 3Rs (substituição, redução e refinamento). Este princípio promove a minimização do uso de animais na investigação através da substituição por métodos alternativos, da diminuição do número de animais utilizados e da melhoria das condições experimentais para reduzir o seu sofrimento.

No entanto, estas técnicas também apresentam limitações que devem ser consideradas.

• Uma das principais é a ausência de uma resposta imunitária ou sistémica global, o que limita a capacidade de reproduzir algumas interações biológicas complexas presentes em organismos completos.
• Além disso, o manuseamento de tecidos humanos exige condições rigorosas de conservação e manipulação para manter a sua viabilidade e funcionalidade, o que representa desafios técnicos e logísticos significativos.

In vitro versus in vivo: abordagens complementares na investigação 

Os modelos in vivo, ex vivo e in vitro não devem ser vistos como métodos exclusivos, mas como ferramentas complementares no ecossistema da investigação científica.

Cada um oferece vantagens específicas consoante o objetivo do estudo, o nível de complexidade, os requisitos regulatórios ou o tipo de composto a analisar.

Num cenário em que a precisão científica, a ética na investigação e a eficiência no desenvolvimento de soluções inovadoras são prioritárias, os ensaios in vitro ganham cada vez mais protagonismo em relação aos modelos animais. Ainda que os estudos in vivo sejam fundamentais para compreender a resposta sistémica, toxicidade crónica ou farmacocinética completa, os modelos in vitro e ex vivo representam alternativas mais versáteis, sustentáveis e alinhadas com os desafios atuais da ciência e da indústria.

Estudos in vitro versus in vivo: tendências e aspetos regulamentares 

Esta mudança de paradigma é impulsionada por diversos quadros regulatórios que promovem métodos alternativos:

• A EFSA recomenda abordagens in vitro e mecanísticas para avaliação de riscos, sempre que cientificamente validadas.

• No setor químico, o regulamento europeu REACH prioriza o uso de métodos alternativos em detrimento da experimentação animal.

• Nos Estados Unidos, a FDA e outras agências começaram a aceitar dados de plataformas in vitro avançadas em contextos farmacológicos e toxicológicos.

• Na Europa, o papel do EURL ECVAM (European Union Reference Laboratory for Alternatives to Animal Testing) tem sido essencial para validar, harmonizar e promover o uso de estudos in vitro e métodos alternativos.

Este organismo não apenas avalia a robustez científica de novas metodologias, como colabora ativamente com agências reguladoras e redes internacionais para facilitar a aceitação normativa e implementação em setores como cosmética, dispositivos médicos, alimentação ou químicos industriais.

Assim, em áreas com elevadas exigências regulatórias e éticas — como cosmética, alimentos funcionais ou nutracêuticos, los estudos in vitro e ex vivo consolidam-se como pilares-chave da inovação em I&D. A sua constante evolução, aliada ao suporte normativo e à ação de organismos especializados, promete um futuro onde o equilíbrio entre relevância biológica, sustentabilidade e responsabilidade ética será cada vez mais viável.