Анализ

Эта статья об анализах, связанных с биологическими применениями. Информацию об анализах различных металлов см. в разделе «Металлургический анализ» . Чтобы узнать о французской коммуне в департаменте Эндр и Луара, см. Assay, Indre-et-Loire .

Анализ — это исследовательская (аналитическая) процедура в лабораторной медицине , горном деле , фармакологии , биологии окружающей среды и молекулярной биологии, предназначенная для качественной оценки или количественного измерения присутствия, количества или функциональной активности целевого объекта. Измеряемый объект часто называют аналитом , измеряемой величиной или целью анализа. Аналитом может быть лекарственное средство , вещество , химический элемент или соединение , клетка организма биохимическое или органический образец . аналита Анализ обычно направлен на измерение интенсивного свойства и выражение его в соответствующих единицах измерения (например, молярность , плотность , функциональная активность в международных единицах фермента, степень эффекта по сравнению со стандартом и т. д.).

Если в анализе участвуют экзогенные реагенты ( реагенты ), то их количества остаются фиксированными (или избыточными), так что количество и качество мишени являются единственными ограничивающими факторами. Разница в результатах анализа используется для определения неизвестного качества или количества рассматриваемой мишени. Некоторые анализы (например, биохимические анализы) могут быть аналогичны химическому анализу и титрованию . Однако анализы обычно включают биологический материал или явления, которые по своей природе более сложны по составу или поведению, или и то, и другое. Таким образом, чтение результатов анализа может быть зашумленным и вызывать большие трудности в интерпретации, чем точное химическое титрование. С другой стороны, качественные анализы старшего поколения, особенно биоанализы , могут быть гораздо более грубыми и менее количественными (например, подсчет смерти или дисфункции организма или клеток в популяции или некоторых описательных изменений в какой-либо части тела группы животных). ).

Анализы стали рутинной частью современных медицинских , экологических , фармацевтических и судебно-медицинских технологий . Другие предприятия также могут использовать их на промышленном , уличном или полевом уровнях. Анализы, пользующиеся высоким коммерческим спросом, хорошо изучены в секторах исследований и разработок профессиональных отраслей. Они также претерпели поколения развития и усложнения. В некоторых случаях они защищены правилами интеллектуальной собственности, такими как патенты, выдаваемые на изобретения. Такие анализы промышленного масштаба часто выполняются в хорошо оборудованных лабораториях и с автоматизированной организацией процедуры, от заказа анализа до преаналитической обработки проб (отбор проб, необходимые манипуляции, например, центрифугирование для разделения , аликвотирование при необходимости, хранение, извлечение, пипетирование , аспирация и т. д.). Аналиты обычно тестируются в высокопроизводительных автоанализаторах , результаты проверяются и автоматически возвращаются поставщикам услуг и конечным пользователям . Это стало возможным благодаря использованию передового лабораторная информационная система , которая взаимодействует с несколькими компьютерными терминалами, конечными пользователями, центральными серверами , физическими автоматическими анализаторами и другими автоматами.

Этимология

По данным Etymology Online, глагол assay означает «стараться, стремиться, стремиться, проверять качество»; от англо-французского assaier , от assai (существительное), от старофранцузского essai , «суд». Таким образом, существительное assay означает «испытание, проверка качества, проверка характера» (с середины 14 века), от англо-французского assai ; а его значение «анализ» датируется концом 14 века.

Для анализа денежных монет это буквально означало анализ чистоты золота или серебра (или любого другого драгоценного компонента), который отражал истинную стоимость монеты. Позже (возможно, после 14 века) это могло быть переведено в более широкое использование слова «анализ». например, в фармакологии анализ важного компонента мишени внутри смеси, такого как активный ингредиент лекарственного средства в инертных наполнителях в составе, который ранее измерялся только грубо по его наблюдаемому действию на организм (например, летальный исход). доза или ингибирующая доза).

Общие шаги

Анализ (анализ) никогда не является изолированным процессом, поскольку он должен сопровождаться пре- и постаналитическими процедурами. Как порядок связи (запрос на проведение анализа плюс соответствующая информация) , так и обращение с самим образцом (сбор, документирование, транспортировка и обработка, выполняемые перед началом анализа) являются преаналитическими этапами. Аналогичным образом, после завершения анализа результаты должны быть задокументированы, проверены и переданы — это постаналитические этапы. Как и в любой многоэтапной информации системе обработки и передачи , различия и ошибки в представлении окончательных результатов влекут за собой не только ошибки, присущие самому анализу, но также и ошибки, возникающие в преаналитических и постаналитических процедурах.

Хотя аналитическим этапам самого анализа уделяется много внимания, именно те процедуры, которым уделяется меньше внимания в цепочке пользователей – преаналитические и постаналитические процедуры – обычно накапливают больше всего ошибок; например, преаналитические этапы медицинских лабораторных анализов могут составлять 32–75% всех лабораторных ошибок.

Анализы могут быть очень разнообразными, но обычно включают в себя следующие общие этапы:

1. Обработка и манипулирование образцами с целью выборочного представления цели в различимой или измеримой форме системе распознавания/идентификации/обнаружения. Это может включать простое центрифугирование, или промывание, или фильтрацию, или захват с помощью какой-либо формы селективного связывания, или даже может включать в себя модификацию мишени, например, извлечение эпитопа в иммунологических анализах, или разрезание мишени на части, например, в масс-спектрометрии . Обычно перед анализом выполняется несколько отдельных этапов, которые называются преаналитической обработкой. Однако некоторые манипуляции могут быть неотъемлемой частью самого анализа и поэтому не будут считаться преаналитическими.
2. Принцип дискриминации/идентификации конкретной цели : отличить от фона (шума) аналогичные компоненты и конкретно идентифицировать конкретный целевой компонент («аналит») в биологическом материале по его конкретным характеристикам. (например, в ПЦР- анализе специфический олигонуклеотидный праймер идентифицирует мишень путем спаривания оснований на основе специфической нуклеотидной последовательности, уникальной для мишени).
3. Система усиления сигнала (или целевого объекта) : присутствие и количество этого аналита преобразуется в обнаруживаемый сигнал, обычно с использованием какого-либо метода усиления сигнала, так что его можно легко отличить от шума и измерить, например, в ПЦР- анализе среди смеси Последовательности ДНК, предназначенные только для конкретной мишени, амплифицируются в миллионы копий с помощью фермента ДНК-полимеразы, так что их можно распознать как более заметный компонент по сравнению с любыми другими потенциальными компонентами. Иногда концентрация аналита слишком велика, и в этом случае анализ может включать разбавление образца или какую-либо систему уменьшения сигнала, что приводит к отрицательной амплификации.
4. Система обнаружения (и интерпретации) сигнала : система расшифровки усиленного сигнала в интерпретируемый выходной сигнал, который может быть количественным или качественным. Это могут быть визуальные или ручные очень грубые методы, а могут быть и очень сложные электронные, цифровые или аналоговые детекторы.
5. Улучшение сигнала и фильтрация шума могут выполняться на любом или всех из вышеперечисленных этапов. Поскольку чем дальше шаг/процесс во время анализа, тем выше вероятность переноса шума от предыдущего процесса и его усиления, несколько шагов в сложном анализе могут включать в себя различные средства специфичных для сигнала механизмов повышения/усиления и снижения шума или фильтрующие устройства. Они могут быть просто в форме узкополосного оптического фильтра или блокирующего реагента в реакции связывания, который предотвращает неспецифическое связывание, или гасящего реагента в системе обнаружения флуоресценции, который предотвращает «автофлуоресценцию» фоновых объектов.

Типы анализов в зависимости от характера процесса анализа

Время и количество проведенных измерений

В зависимости от того, анализируется ли анализ только в один момент времени или замеренные показания, полученные в несколько моментов времени, анализ может быть:

1. Анализ конечной точки , при котором одно измерение проводится после фиксированного периода инкубации; или
2. Кинетический анализ , при котором измерения проводятся несколько раз в течение фиксированного интервала времени. Результаты кинетического анализа можно визуализировать численно (например, как параметр наклона, представляющий скорость изменения сигнала с течением времени) или графически (например, как график сигнала, измеренного в каждый момент времени). Для кинетических анализов важную информацию предоставляют как величина, так и форма измеренного ответа с течением времени.
3. Высокопроизводительный анализ может быть либо конечным, либо кинетическим анализом, обычно выполняемым на автоматизированной платформе в форматах микропланшетов с 96, 384 или 1536 лунками ( скрининг с высокой пропускной способностью ). Такие анализы позволяют тестировать большое количество соединений или аналитов или производить функциональные биологические измерения в ответ на тестируемые стимулы и/или соединения.

Количество обнаруженных аналитов

В зависимости от количества измеряемых целей или аналитов:

1. Обычные анализы представляют собой простые или одноцелевые анализы , которые обычно используются по умолчанию, если только они не называются мультиплексными.
2. Мультиплексные анализы используются для одновременного измерения присутствия, концентрации, активности или качества нескольких аналитов в одном тесте. Появление мультиплексирования сделало возможным быстрое и эффективное тестирование образцов во многих областях, включая иммунологию, цитохимию, генетику/геномику, фармакокинетику и токсикологию.

Тип результата

В зависимости от качества получаемого результата анализы можно разделить на:

1. Качественные анализы , т.е. анализы, которые обычно дают только положительный или отрицательный результат, либо положительный, либо отрицательный, или что-то в этом роде, только небольшое количество качественных градаций, а не точное количество.
2. Полуколичественные анализы , т.е. анализы, которые дают приблизительные показания, а не точное число количества вещества. Обычно они имеют несколько больше градаций, чем просто два исхода, положительный или отрицательный, например, оценка по шкале от 1+ до 4+, которая используется для тестов на определение группы крови, основанных на агглютинации эритроцитов в ответ на группирующие реагенты (антитела против антигенов группы крови).
3. Количественные анализы , т.е. анализы, которые дают точную и точную цифровую количественную оценку количества вещества в образце. Примером такого анализа, используемого в лабораториях тестирования коагуляции для наиболее распространенного наследственного кровотечения - болезни фон Виллебранда, является анализ антигена ФВ , при котором количество ФВ, присутствующего в образце крови, измеряется с помощью иммуноанализа.
4. Функциональные анализы , т.е. анализ, который пытается количественно оценить функционирование активного вещества, а не только его количество. Функциональным аналогом анализа антигена ФВ является анализ кофактора ристоцетина , который измеряет функциональную активность ФВ, присутствующего в плазме пациента, путем добавления экзогенных фиксированных формалином тромбоцитов и постепенного увеличения количества препарата под названием ристоцетин при измерении агглютинации фиксированных тромбоцитов. Подобный анализ, но используемый для другой цели, называется агрегацией тромбоцитов, индуцированной ристоцетином или RIPA, который проверяет реакцию эндогенных живых тромбоцитов пациента на ристоцетин (экзогенный) и ФВ (обычно эндогенный).

Тип и метод выборки

В зависимости от основного субстрата, на котором применяется принцип анализа:

1. Биоанализ : когда ответом является биологическая активность живых объектов. Примеры включают в себя
   1. in vivo , весь организм (например, мышь или другой субъект, которому инъецировали лекарственное средство)
   2. часть тела ex vivo (например, лапка лягушки)
   3. орган ex vivo (например, сердце собаки)
   4. ex vivo часть органа (например, сегмент кишечника).
   5. ткань (например, лизат limulus)
   6. клетка (например, тромбоциты)
2. Анализ связывания лиганда , когда лиганд (обычно небольшая молекула) связывается с рецептором (обычно большим белком).
3. Иммуноанализ , когда ответ представляет собой реакцию типа связывания антиген-антитело.

Усиление сигнала

В зависимости от характера системы усиления сигнала анализы могут быть различных типов, вот некоторые из них:

1. Ферментный анализ . Ферменты можно тестировать по их повторяющейся активности на большом количестве субстратов, когда потеря субстрата или производство продукта могут иметь измеримые характеристики, такие как цвет или поглощение при определенной длине волны или свету, электрохемилюминесценция или электрическое/окислительно-восстановительное воздействие. активность.
2. Системы обнаружения света, которые могут использовать усиление, например, с помощью фотодиода , фотоумножителя или охлаждаемого устройства с зарядовой связью .
3. радиоизотопами Субстраты, меченные , которые используются в радиоиммуноанализах и анализах равновесного диализа и могут быть обнаружены путем амплификации в гамма-счетчиках , рентгеновских пластинах или фосфорновизижерах.
4. Анализы полимеразной цепной реакции , которые усиливают мишень ДНК (или РНК), а не сигнал.
5. Комбинированные методы В анализах может использоваться комбинация вышеуказанных и других методов амплификации для повышения чувствительности. например , иммуноферментный анализ или ИФА, иммуноферментный анализ .

Метод или технология обнаружения

В зависимости от характера системы обнаружения анализы могут быть основаны на:

1. Формирование колоний или виртуальный подсчет колоний : например, путем размножения бактерий или пролиферации клеток.
2. Фотометрия / спектрофотометрия. Когда измеряется поглощение света определенной длины волны при прохождении фиксированной длины пути через кювету жидкого исследуемого образца, и поглощение сравнивается с холостым светом и стандартами с градуированными количествами целевого соединения. Если излучаемый свет имеет определенную видимую длину волны, его можно назвать колориметрией , или он может включать свет определенной длины волны, например, с помощью лазера и излучения флуоресцентных сигналов другой конкретной длины волны, которые обнаруживаются с помощью оптических фильтров с очень определенной длиной волны.
3. Пропускание света можно использовать, например, для измерения очистки непрозрачности жидкости, созданной взвешенными частицами, вследствие уменьшения количества сгустков во время реакции агглютинации тромбоцитов .
4. Турбидиметрия , когда непрозрачность прямо проходящего света, проходящего через образец жидкости, измеряется детекторами, расположенными прямо напротив источника света.
5. Нефелометрия , при которой измерение степени рассеяния света, возникающего при прохождении луча света через раствор, используется для определения размера, и/или концентрации, и/или распределения частиц по размерам в образце.
6. Рефлектометрия. Когда оценивается цвет света, отраженного от (обычно сухого) образца или реагента, например, автоматические показания тест-полосок для анализа мочи.
7. Измерения вязкоупругости, например вискозиметрия, эластография (например, тромбоэластография )
8. Подсчетные анализы: например, оптические проточные цитометрические счетчики клеток или частиц или счетчики клеток на основе принципа сошника /импеданса.
9. Анализы изображений, которые включают анализ изображений вручную или с помощью программного обеспечения:
   1. Цитометрия : когда статистика размера клеток оценивается процессором изображений.
10. Электрическое обнаружение, например, с использованием амперометрии , вольтамперометрии и кулонометрии, может использоваться прямо или косвенно для многих типов количественных измерений.
11. В других анализах, основанных на физических свойствах, можно использовать
    1. Осмометр
    2. Вискозиметр
    3. Ионоселективные электроды
    4. Синдромное тестирование

Типы анализов в зависимости от измеряемых целей

ДНК

Анализы для изучения взаимодействия белков ДНК с включают :

• Анализ ДНКазного следа
• Анализ связывания фильтра
• Анализ сдвига геля

Белок

• Анализ бицинхониновой кислоты (анализ BCA)
• Брэдфордский белковый анализ
• Анализ белка Лоури
• Анализ секреции

РНК

• Ядерное продолжение
• Профилирование рибосом

Подсчет клеток, анализы жизнеспособности, пролиферации или цитотоксичности

Анализ подсчета клеток может определить количество живых клеток, количество мертвых клеток или соотношение одного типа клеток к другому, например, подсчет и типирование красных клеток по сравнению с различными типами лейкоцитов . Это измеряется различными физическими методами (светопропускание, изменение электрического тока). Но другие методы используют биохимическое исследование структуры или физиологии клеток (окрашивание). Другое применение — мониторинг клеточной культуры ( анализы пролиферации клеток или цитотоксичности ).Анализ цитотоксичности измеряет, насколько токсично химическое соединение для клеток.

• МТТ-анализ
• Набор для подсчета клеток-8 (анализ жизнеспособности клеток на основе WST-8)
• SRB ( сульфородамина B ) Анализ
• Люминесцентный анализ жизнеспособности клеток CellTiter-Glo®
• Приборы и методы подсчета клеток: технология подсчета клеток CASY , счетчик Коултера , электрическое измерение импеданса подложки клеток.
• клеток Анализы жизнеспособности : метод резазурина , АТФ-тест , анализ гомодимера этидия (обнаружение мертвых или умирающих клеток), бактериологический анализ воды , клоногенные анализы , ...

Загрязнения окружающей среды или пищевых продуктов

• Бисфенол Ф
• Тесты на водную токсичность

ПАВ

• Анализ MBAS показывает, что анионные поверхностно-активные вещества в воде имеют реакцию посинения.

Другие клеточные анализы

Многие клеточные анализы были разработаны для оценки конкретных параметров или реакции клеток ( биомаркеры , физиология клеток). Методы, используемые для изучения клеток, включают:

• репортерные анализы с использованием, например, люциферазы , анализы передачи сигналов кальция с использованием целентеразина , CFSE или кальцеина
• Иммуноокрашивание клеток на предметных стеклах с помощью микроскопии ( иммуногистохимия или флуоресценция ), на микропланшетах с помощью фотометрии, включая ELISpot (и его вариант FluoroSpot ) для подсчета B-клеток или антигенспецифических клеток в растворе с помощью проточной цитометрии.
• Методы молекулярной биологии , такие как микрочипы ДНК , гибридизация in situ в сочетании с ПЦР , вычислительная геномика и трансфекция ; Фракционирование клеток или иммунопреципитация
• Анализы миграции , Анализ хемотаксиса
• Анализы секреции
• Анализы апоптоза , такие как анализ лестницы ДНК , анализ Николетти , анализы активности каспаз и аннексином V. окрашивание
• Анализ химиочувствительности измеряет количество опухолевых клеток, убитых раковым лекарством.
• Тетрамерный анализ обнаруживает наличие антигенспецифических Т-клеток.
• Анализ защиты гентамицина , или анализ выживаемости, или анализ инвазии для оценки способности патогенов (бактерий) проникать в эукариотические клетки.

Анализ метастазов

Нефтехимия

• Анализ сырой нефти

Вирусология

В анализе титра вируса на основе HPCE используется запатентованная высокопроизводительная система капиллярного электрофореза для определения бакуловируса титра .

Анализ Трофиле используется для определения тропизма ВИЧ .

Анализ вирусных бляшек предназначен для расчета количества вирусов , присутствующих в образце. количество вирусных бляшек, В этом методе подсчитывается образованных вирусным инокулятом, на основании чего можно определить фактическую концентрацию вируса.

Клеточные выделения

Широкий спектр клеточных секретов (например, специфические антитела или цитокины ) можно обнаружить с помощью метода ELISA . Количество клеток, секретирующих эти конкретные вещества, можно определить с помощью родственного метода — анализа ELISPOT .

Наркотики

• Тестирование на запрещенные наркотики
• Анализ связывания радиолиганда

Качество

Когда несколько анализов измеряют одну и ту же цель, их результаты и полезность могут быть или не быть сопоставимыми в зависимости от характера анализа, его методологии, надежности и т. д. Такие сравнения возможны посредством изучения общих показателей качества анализов, например, принципов измерения (включая идентификация, амплификация и обнаружение), динамический диапазон обнаружения (обычно диапазон линейности стандартной кривой ), аналитическая чувствительность , функциональная чувствительность , аналитическая специфичность , положительные и отрицательные прогностические значения , время оборота, т.е. время, необходимое для завершения всего цикла от преаналитические этапы до конца последнего постаналитического этапа (отправка/передача отчета), пропускная способность , т. е. количество анализов, выполненных за единицу времени (обычно выражается в час) и т. д. Организации или лаборатории, которые выполняют анализы для профессиональных целей, например, для медицинской диагностики и прогнозирование, экологический анализ, судебная экспертиза, фармацевтические исследования и разработки должны подвергаться четкому регулированию. обеспечения качества процедуры , включая валидацию метода , регулярную калибровку , аналитический контроль качества , проверку квалификации испытаний , аккредитацию испытаний , лицензирование , и должны документировать соответствующие сертификаты от соответствующих регулирующих органов, чтобы установить надежность своих анализов, особенно для того, чтобы оставаться юридически приемлемыми и нести ответственность за качество результатов анализа, а также убедить клиентов использовать их анализы в коммерческих/профессиональных целях.

Список баз данных BioAssay

Базы данных биоактивности

Базы данных о биоактивности сопоставляют структуры или другую химическую информацию с результатами биоактивности, полученными из биоанализов в литературе, патентах и ​​программах скрининга.

Имя	Разработчик(и)	Первоначальный выпуск
СкрабХим	Джейсон Брет Харрис	2016
PubChem-BioAssay	NIH	2004
ЧЕМБЛ	ЭМБЛ-ЭБИ	2009

Базы данных протоколов

Базы данных протоколов сопоставляют результаты биоанализов с их метаданными об экспериментальных условиях и дизайне протоколов.

Имя	Разработчик(и)	Первоначальный выпуск
BioMetaData или BioAssay Express	Совместное открытие лекарств	2016
PubChem-BioAssay	NIH	2004

См. также

• Аналитическая химия
• БАЛЬЗАМ
• Мультиплекс (анализ)
• Фармацевтическая химия
• Титрование

Внешние ссылки

• Блэр, Эндрю Александр (1911). «Анализ» . В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . Том. 2 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. стр. 776–778. Сюда входит подробное техническое объяснение современных методов анализа металлических руд.
• Словарное определение анализа в Викисловаре