In Vivo와 In Vitro의 차이점은? 생명과학 연구자가 반드시 알아야 할 실험 모델 비교

 

 

생명과학 논문을 읽다 보면 거의 반드시 등장하는 용어가 있어요.

바로 In Vivo와 In Vitro예요.

 

특히 대학원에 처음 들어온 학생들이 논문을 읽다가 가장 많이 헷갈리는 개념 중 하나이기도 하죠.

"Cell line에서 했으면 In Vitro인가?"

"Mouse 실험은 무조건 In Vivo인가?"

"Organoid는 어디에 해당하지?"

실제로 논문 리뷰나 랩미팅에서도 자주 등장하는 개념이라 정확히 이해해두는 것이 중요해요.

오늘은 In Vivo와 In Vitro의 차이점, 각각의 장단점, 그리고 최근 주목받고 있는 In Situ 개념까지 함께 정리해보려고 해요.

 

In Vivo란 무엇일까?

In Vivo는 라틴어로 "살아있는 생명체 안에서"라는 뜻이에요.

즉 살아있는 개체 내부에서 수행되는 실험을 의미해요.

생명과학 연구에서 가장 대표적인 In Vivo 실험은 동물실험이에요.

예를 들면

마우스 종양 모델
AAV를 이용한 유전자 전달
행동 실험
약물 투여 후 조직 분석

등이 모두 In Vivo 연구에 해당해요.

사람을 대상으로 하는 임상시험(Clinical Trial) 역시 넓은 의미에서는 In Vivo 연구라고 볼 수 있어요.

 

왜 In Vivo 연구가 중요할까?

실제 생체 환경을 가장 잘 반영하기 때문이에요.

예를 들어 어떤 약물이 세포에서는 매우 효과적이었다고 가정해볼게요.

하지만 살아있는 동물에서는

혈액순환
면역반응
대사
조직 분포

등 수많은 변수가 존재해요.

결국 세포 수준에서 좋은 결과가 나왔다고 해서 실제 생체에서도 같은 결과가 나온다는 보장은 없어요.

그래서 신약 개발에서도 최종적으로는 반드시 In Vivo 검증 과정을 거치게 돼요.

 

In Vitro란 무엇일까?

In Vitro는 "유리 안에서"라는 의미를 가지고 있어요.

과거에는 시험관(test tube)에서 실험하는 경우가 많았기 때문에 이런 이름이 붙었어요.

현재는 살아있는 개체 밖에서 수행되는 대부분의 세포 및 분자생물학 실험을 의미해요.

대표적인 예시는 다음과 같아요.

HEK293T 세포 배양
HeLa 세포 실험
Western blot
PCR
ELISA
효소 활성 측정
Drug screening

대부분의 실험실 연구는 사실상 In Vitro에서 시작한다고 볼 수 있어요.

 

 

왜 대부분의 연구는 In Vitro부터 시작할까?

가장 큰 이유는 실험 통제가 쉽기 때문이에요.

예를 들어 특정 유전자가 세포 성장에 영향을 주는지 확인하고 싶다고 가정해볼게요.

마우스에서 바로 실험을 시작하면 너무 많은 변수들이 존재해요.

반면 세포배양에서는

유전자 발현
약물 농도
배양 환경

등을 비교적 자유롭게 조절할 수 있어요.

그래서 원인과 결과 관계를 분석하기가 훨씬 쉬워요.

 

또한 비용도 훨씬 저렴해요.

HEK293T 실험 한 번은 수만 원 수준으로 가능하지만, 마우스 실험은 수십만 원에서 수백만 원 이상이 들 수 있거든요.

 

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In Vivo와 In Vitro의 가장 큰 차이

많은 학생들이 두 방법을 경쟁 관계로 생각하는데 사실은 그렇지 않아요.

오히려 서로를 보완하는 관계에 가까워요.

예를 들어 새로운 항암제를 개발한다고 해볼게요.

먼저 In Vitro에서

암세포가 죽는지
독성은 없는지
어떤 신호전달 경로를 조절하는지

를 확인해요.

그 다음 In Vivo에서

실제 종양이 줄어드는지
약물이 조직에 전달되는지
부작용은 없는지

를 검증하게 돼요.

즉 In Vitro에서 발견한 내용을 In Vivo에서 검증하는 구조라고 이해하면 쉬워요.

 

그렇다면 Organoid는 어디에 속할까?

최근에는 Organoid 연구가 크게 증가하면서 애매한 경우가 생겼어요.

오가노이드는 살아있는 개체 밖에서 배양되기 때문에 엄밀히 말하면 In Vitro에 해당해요.

하지만 단순한 2D 세포배양보다 실제 장기의 구조와 기능을 훨씬 잘 모방해요.

그래서 많은 연구자들이

2D Cell Culture → Organoid → Animal Model

순서로 연구를 진행하기도 해요.

실제로 오가노이드는 In Vitro와 In Vivo 사이를 연결하는 중간 단계 모델로 자주 활용되고 있어요.

 

In Situ는 또 무엇일까?

논문을 읽다 보면 In Situ라는 용어도 등장해요.

In Situ는 "원래 위치에서"라는 의미를 가져요.

대표적인 예가 In Situ Hybridization(ISH)이에요.

조직을 분해하거나 세포를 분리하지 않고 원래 조직 구조 안에서 유전자 발현을 확인하는 방법이죠.

예를 들어 Allen Brain Atlas의 ISH 이미지도 대표적인 In Situ 데이터예요.

즉

In Vitro = 생체 밖
In Vivo = 살아있는 개체 안
In Situ = 원래 위치 그대로

정도로 이해하면 돼요.

 

대학원생들이 자주 하는 질문

랩미팅에서 자주 나오는 질문이 있어요.

"이 결과가 In Vivo에서도 재현되나요?"

이 질문이 중요한 이유는 In Vitro 결과만으로는 실제 생체에서의 효과를 확신할 수 없기 때문이에요.

반대로 동물실험 결과만 보고 기전을 설명하기 어려운 경우에는 In Vitro 실험을 추가하기도 해요.

좋은 논문일수록 In Vitro와 In Vivo 결과를 함께 제시하는 경우가 많아요.

기전은 In Vitro에서 보여주고, 실제 효과는 In Vivo에서 검증하는 방식이죠.

 

In Vivo와 In Vitro는 서로 대체하는 개념이 아니라 서로를 보완하는 연구 방법이에요. In Vitro는 정교한 기전 연구와 빠른 스크리닝에 강점을 가지고 있고, In Vivo는 실제 생체 환경에서의 효과와 안전성을 평가하는 데 필수적이죠.

 

생명과학 연구는 결국 이 두 가지 접근법을 적절히 결합하는 과정이라고 볼 수 있어요. 논문을 읽을 때도 단순히 결과만 보기보다 "이 데이터가 In Vitro인지, In Vivo인지"를 먼저 확인하는 습관을 들이면 연구 내용을 훨씬 깊이 이해할 수 있을 거예요.