Биоанализ

Установка биоанализа

Биологическая тест-система (здесь: Daphnia magna ) подвергается воздействию различных экспериментальных условий (здесь: нескольких препаратов микропластика ), на которые она реагирует.

Некоторые показатели этих реакций (например, изменение цвета) оцениваются, как правило, высокоавтоматизированным способом с помощью микропланшетов . таких

Биоанализ — это аналитический метод определения эффективности или эффекта вещества по его воздействию на живых животных или растения ( in vivo ) или на живые клетки или ткани ( in vitro ). ^[1]^[2] Биоанализ может быть количественным или количественным, прямым или непрямым. ^[3] Если измеренный ответ является двоичным, анализ является квантовым ; если нет, то это количественный показатель . ^[3]

Биоанализ может использоваться для обнаружения биологических опасностей или для оценки качества смеси. ^[4] Биоанализ часто используется для мониторинга качества воды , а также сбросов сточных вод и их воздействия на окружающую среду. ^[5] Он также используется для оценки воздействия на окружающую среду и безопасности новых технологий и объектов. ^{[ нужна ссылка ]}

Биоанализы необходимы в фармацевтических, медицинских и сельскохозяйственных науках для разработки и запуска новых лекарств, витаминов и т. д.

Принцип

Биоанализ — это биохимический тест, позволяющий оценить эффективность исследуемого соединения. Обычно эту эффективность можно измерить только относительно стандартного соединения. ^[3]^[1] Типичный биоанализ включает в себя воздействие стимула (например, лекарств) на субъекта (например, животных, тканей, растений). Таким образом, запускается и измеряется соответствующая реакция (например, смерть) субъекта. ^[6]

История

Первое использование биоанализа относится к концу 19 века, когда основы биоанализа были заложены немецким врачом Паулем Эрлихом. ^[7] Он ввел понятие стандартизации по реакциям живой материи. ^[7]^[6] Его биоанализ дифтерийного антитоксина стал первым биологическим анализом, получившим признание. ^[8] Использование им биоанализа позволило обнаружить, что введение животным постепенно увеличивающейся дозы дифтерийной дифтерии стимулирует выработку антисыворотки. ^[9]

Одним из хорошо известных примеров биоанализа является эксперимент «Канарейка в угольной шахте». ^[10] Чтобы заблаговременно предупредить об опасных уровнях метана в воздухе, шахтеры брали чувствительных к метану канареек в угольные шахты. Если бы канарейка погибла из-за накопления метана, шахтеры покинули бы этот район как можно быстрее.

Во многих ранних примерах биоанализов для проверки канцерогенности химических веществ использовались животные. ^[11] В 1915 году Ямаигива Кацусабуро и Коичи Итикава проверили канцерогенность каменноугольной смолы, используя внутреннюю поверхность ушей кролика. ^[11]

С 1940-х по 1960-е годы биоанализы на животных в основном использовались для проверки токсичности и безопасности лекарств, пищевых добавок и пестицидов. ^[11]

Начиная с конца 1960-х и 1970-х годов, использование биоанализов возросло по мере роста обеспокоенности общественности по поводу профессиональных и экологических опасностей. ^[11]

Классификации

Биоанализ можно классифицировать по тому, как он применяется и как регистрируется ответ.

Прямой анализ: При прямом анализе стимул, приложенный к субъекту, является конкретным и поддается непосредственному измерению, а реакция на этот стимул регистрируется. Интересующая переменная — это конкретный стимул, необходимый для возникновения интересующей реакции (например, смерть субъекта). ^[6]^[12]
Непрямой анализ: При непрямом анализе стимул фиксируется заранее и у испытуемых измеряется реакция. Переменной, представляющей интерес в эксперименте, является реакция на фиксированный интересующий стимул. ^[6]^[12]

Количественный ответ: Измерение реакции на стимул осуществляется в непрерывном масштабе (например, содержание сахара в крови, степень изменения цвета среды для роста клеток). ^[12]
Квантовый ответ: Ответ двоичный; это определение того, произошло ли событие (например, смерть субъекта). ^[12]

Примеры

Одним из классических биоанализов является тест Эймса . Штамм сальмонеллы , для роста которого требуется гистидин, помещают на две чашки с питательной средой, содержащей минимальное количество гистидина и немного экстракта печени крысы (чтобы имитировать метаболизм печени). подозреваемый мутаген В одну чашку добавляют . Если на чашке с предполагаемым мутагеном растут более заметные колонии, возможно, она мутагенная: мутаген может заставить штамм бактерии восстановить способность вырабатывать собственный гистидин. ^[13]

Большинство других форм токсикологических исследований также являются биоанализами. Животные или клеточные культуры могут подвергаться воздействию нескольких уровней предполагаемого токсина, чтобы выяснить, вызывает ли это вещество вредные изменения и на каком уровне оно это делает. Значение LD , общепринятая мера острой токсичности, описывает дозу, при которой ₅₀ вещество оказывается летальным для 50% подопытных животных. ^[14]

Эффективность лекарства можно измерить с помощью биоанализа. ^[15]

Экологические биоанализы

Экологические биоанализы, как правило, представляют собой широкомасштабное исследование токсичности . ^[16] Оценка идентификации токсичности проводится для определения соответствующих токсикантов . Хотя биоанализы полезны для определения биологической активности в организме, они часто могут быть трудоемкими и трудоемкими. Факторы, специфичные для конкретного организма, могут привести к получению данных, которые неприменимы к другим представителям этого вида. По этим причинам часто используются другие биологические методы, в том числе радиоиммуноанализы . См . биоиндикатор .

Требования по контролю загрязнения воды в Соединенных Штатах требуют, чтобы некоторые промышленные предприятия по сбросу сточных вод и муниципальные очистные сооружения проводили биоанализы. Эти процедуры, называемые испытаниями на токсичность всех сточных вод , включают в себя испытания на острую токсичность, а также методы испытаний на хроническую токсичность. ^[5] Эти методы включают воздействие на живые водные организмы образцов сточных вод в течение определенного периода времени. ^[17]^[18] Другим примером является биоанализ ECOTOX, в котором микроводоросли Euglena gracilis используются для проверки токсичности проб воды. ^[19] ( См. Биоиндикатор#Микроводоросли в качестве воды )

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Хоскинс, В.М.; Крейг, Р. (1 января 1962 г.). «Использование биоанализа в энтомологии». Ежегодный обзор энтомологии . 7 (1): 437–464. doi : 10.1146/annurev.en.07.010162.002253 . ISSN 0066-4170 . ПМИД 14449182 .
^ «Руководство для промышленности: испытания эффективности продуктов клеточной и генной терапии» . Вашингтон, округ Колумбия: Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. Январь 2011. с. 7.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Ласка, Э.М.; Мейснер, MJ (1 апреля 1987 г.). «Статистические методы и применение биоанализа». Ежегодный обзор фармакологии и токсикологии . 27 (1): 385–397. дои : 10.1146/annurev.pa.27.040187.002125 . ISSN 0362-1642 . ПМИД 3579242 .
^ Принслу, Герхард; Папади, Джорджия; Хибен, Мебрахтом Г.; Хаан, Лаура де; Луиза, Йохем; Бекманн, Карстен; Верворт, Жак; Ритдженс, Ивонн MCM (2017). «Биоанализы in vitro для оценки полезных и вредных последствий растительных препаратов для здоровья: обещания и подводные камни». Открытие наркотиков сегодня . 22 (8): 1187–1200. дои : 10.1016/j.drudis.2017.05.002 . ПМИД 28533190 .
^ Перейти обратно: ^а ^б «Разрешенные пределы — токсичность всех сточных вод (WET)» . Национальная система ликвидации выбросов загрязняющих веществ (NPDES) . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 11 октября 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Саха, GM (29 ноября 2002 г.). Разработка и анализ биоанализов . Калькутта: Индийский статистический институт. стр. 61–76.
^ Перейти обратно: ^а ^б Ван Нордвейк, Якобус (1989). «Биоанализы на целых животных». Журнал фармацевтического и биомедицинского анализа . 7 (2): 139–145. дои : 10.1016/0731-7085(89)80077-9 . ПМИД 2488614 .
^ Анализ продуктов питания и напитков: современные методы . Хараламбус, Джордж, 1922–1994 гг. Орландо: Академическая пресса. 1984. ISBN 0121691608 . ОСЛК 9682930 . {{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
^ Босх, Феликс; Росич, Лайя (2008). «Вклад Пауля Эрлиха в фармакологию: дань уважения столетию его Нобелевской премии» . Фармакология . 82 (3): 171–179. дои : 10.1159/000149583 . ISSN 0031-7012 . ПМЦ 2790789 . ПМИД 18679046 .
^ «Экологические исследования: как биоанализы используются в реальном мире?» . ei.cornell.edu . Проверено 1 декабря 2017 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Бейер, Лос-Анджелес; Бек, Б.Д.; Левандовски, Т.А. (1 апреля 2011 г.). «Исторический взгляд на использование биоанализов на животных для прогнозирования канцерогенности: эволюция дизайна и признание полезности». Критические обзоры по токсикологии . 41 (4): 321–338. дои : 10.3109/10408444.2010.541222 . ISSN 1040-8444 . ПМИД 21438739 . S2CID 2269998 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Ле, гл. «Прямые биоанализы и оценка соотношений» (PDF) . Проверено 15 июня 2021 г.
^ Чарнли Дж. (2002). «Тест Эймса» . Энциклопедия общественного здравоохранения . eNotes.com. Архивировано из оригинала 4 февраля 2009 года . Проверено 2 мая 2014 г.
^ «Абсолютно смертельная доза (ЛД100)» . Золотая книга ИЮПАК . Международный союз теоретической и прикладной химии. Архивировано из оригинала 1 июля 2019 г. Проверено 1 июля 2019 г.
^ Цинь, X; Яо, В; Ши, Х; Лю, Л; Хуанг, Ф; Дин, Ю; Чжоу, Ю; Ю, Л; Цзя, С; Ли, С; Рао, К; Ван, Дж (7 марта 2019 г.). «Отзывчивые клетки к биоанализу rhEGF, полученные путем скрининга библиотеки CRISPR/Cas9» . Научные отчеты . 9 (1): 3780. Бибкод : 2019NatSR...9.3780Q . дои : 10.1038/s41598-019-40381-4 . ПМК 6405917 . ПМИД 30846752 .
^ Гаванджи С., Бахтари А., Фамурева А.С., Осман Э.М. (январь 2023 г.). «Цитотоксическая активность лекарственных средств растительного происхождения, оцененная in vitro: обзор» . Химия и биоразнообразие . 20 (2): 3–27. дои : 10.1002/cbdv.202201098 . ПМИД 36595710 . S2CID 255473013 .
^ Методы измерения острой токсичности сточных вод и поступающих вод для пресноводных и морских организмов (Отчет). Агентство по охране окружающей среды. Октябрь 2002 г. EPA-821-R-02-012.
^ «Методы определения токсичности сточных вод» . Аналитические методы Закона о чистой воде . Агентство по охране окружающей среды. 01.08.2020.
^ Тахедль, Харальд; Хадер, Донат-Петер (1999). «Быстрое исследование качества воды с помощью автоматического биотеста ECOTOX, основанного на движении пресноводных жгутиконосцев». Исследования воды . 33 (2): 426–432. Бибкод : 1999WatRe..33..426T . дои : 10.1016/s0043-1354(98)00224-3 .

[Hoskins_437–464-1] Перейти обратно: ^а ^б Хоскинс, В.М.; Крейг, Р. (1 января 1962 г.). «Использование биоанализа в энтомологии». Ежегодный обзор энтомологии . 7 (1): 437–464. doi : 10.1146/annurev.en.07.010162.002253 . ISSN 0066-4170 . ПМИД 14449182 .

[FDA_2011-2] «Руководство для промышленности: испытания эффективности продуктов клеточной и генной терапии» . Вашингтон, округ Колумбия: Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. Январь 2011. с. 7.

[:0-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с Ласка, Э.М.; Мейснер, MJ (1 апреля 1987 г.). «Статистические методы и применение биоанализа». Ежегодный обзор фармакологии и токсикологии . 27 (1): 385–397. дои : 10.1146/annurev.pa.27.040187.002125 . ISSN 0362-1642 . ПМИД 3579242 .

[4] Принслу, Герхард; Папади, Джорджия; Хибен, Мебрахтом Г.; Хаан, Лаура де; Луиза, Йохем; Бекманн, Карстен; Верворт, Жак; Ритдженс, Ивонн MCM (2017). «Биоанализы in vitro для оценки полезных и вредных последствий растительных препаратов для здоровья: обещания и подводные камни». Открытие наркотиков сегодня . 22 (8): 1187–1200. дои : 10.1016/j.drudis.2017.05.002 . ПМИД 28533190 .

[WET-NPDES-5] Перейти обратно: ^а ^б «Разрешенные пределы — токсичность всех сточных вод (WET)» . Национальная система ликвидации выбросов загрязняющих веществ (NPDES) . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 11 октября 2021 г.

[:3-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Саха, GM (29 ноября 2002 г.). Разработка и анализ биоанализов . Калькутта: Индийский статистический институт. стр. 61–76.

[:5-7] Перейти обратно: ^а ^б Ван Нордвейк, Якобус (1989). «Биоанализы на целых животных». Журнал фармацевтического и биомедицинского анализа . 7 (2): 139–145. дои : 10.1016/0731-7085(89)80077-9 . ПМИД 2488614 .

[8] Анализ продуктов питания и напитков: современные методы . Хараламбус, Джордж, 1922–1994 гг. Орландо: Академическая пресса. 1984. ISBN 0121691608 . ОСЛК 9682930 . {{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )

[9] Босх, Феликс; Росич, Лайя (2008). «Вклад Пауля Эрлиха в фармакологию: дань уважения столетию его Нобелевской премии» . Фармакология . 82 (3): 171–179. дои : 10.1159/000149583 . ISSN 0031-7012 . ПМЦ 2790789 . ПМИД 18679046 .

[10] «Экологические исследования: как биоанализы используются в реальном мире?» . ei.cornell.edu . Проверено 1 декабря 2017 г.

[:1-11] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Бейер, Лос-Анджелес; Бек, Б.Д.; Левандовски, Т.А. (1 апреля 2011 г.). «Исторический взгляд на использование биоанализов на животных для прогнозирования канцерогенности: эволюция дизайна и признание полезности». Критические обзоры по токсикологии . 41 (4): 321–338. дои : 10.3109/10408444.2010.541222 . ISSN 1040-8444 . ПМИД 21438739 . S2CID 2269998 .

[chap-12] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Ле, гл. «Прямые биоанализы и оценка соотношений» (PDF) . Проверено 15 июня 2021 г.

[urlAmes_Test:_Encyclopedia_of_Public_Health-13] Чарнли Дж. (2002). «Тест Эймса» . Энциклопедия общественного здравоохранения . eNotes.com. Архивировано из оригинала 4 февраля 2009 года . Проверено 2 мая 2014 г.

[14] «Абсолютно смертельная доза (ЛД100)» . Золотая книга ИЮПАК . Международный союз теоретической и прикладной химии. Архивировано из оригинала 1 июля 2019 г. Проверено 1 июля 2019 г.

[15] Цинь, X; Яо, В; Ши, Х; Лю, Л; Хуанг, Ф; Дин, Ю; Чжоу, Ю; Ю, Л; Цзя, С; Ли, С; Рао, К; Ван, Дж (7 марта 2019 г.). «Отзывчивые клетки к биоанализу rhEGF, полученные путем скрининга библиотеки CRISPR/Cas9» . Научные отчеты . 9 (1): 3780. Бибкод : 2019NatSR...9.3780Q . дои : 10.1038/s41598-019-40381-4 . ПМК 6405917 . ПМИД 30846752 .

[16] Гаванджи С., Бахтари А., Фамурева А.С., Осман Э.М. (январь 2023 г.). «Цитотоксическая активность лекарственных средств растительного происхождения, оцененная in vitro: обзор» . Химия и биоразнообразие . 20 (2): 3–27. дои : 10.1002/cbdv.202201098 . ПМИД 36595710 . S2CID 255473013 .

[17] Методы измерения острой токсичности сточных вод и поступающих вод для пресноводных и морских организмов (Отчет). Агентство по охране окружающей среды. Октябрь 2002 г. EPA-821-R-02-012.

[18] «Методы определения токсичности сточных вод» . Аналитические методы Закона о чистой воде . Агентство по охране окружающей среды. 01.08.2020.

[19] Тахедль, Харальд; Хадер, Донат-Петер (1999). «Быстрое исследование качества воды с помощью автоматического биотеста ECOTOX, основанного на движении пресноводных жгутиконосцев». Исследования воды . 33 (2): 426–432. Бибкод : 1999WatRe..33..426T . дои : 10.1016/s0043-1354(98)00224-3 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]