stringtranslate.com

Анализ

Анализ — это исследовательская (аналитическая) процедура в лабораторной медицине , горном деле , фармакологии , экологической биологии и молекулярной биологии для качественной оценки или количественного измерения наличия, количества или функциональной активности целевого объекта. Измеряемый объект часто называют аналитом , измеряемой величиной или целью анализа. Аналитом может быть лекарство , биохимическое вещество , химический элемент или соединение , клетка в организме или органическом образце . [1] [2] Анализ обычно направлен на измерение интенсивного свойства аналита и выражение его в соответствующей единице измерения (например, молярность , плотность , функциональная активность в международных единицах фермента, степень эффекта по сравнению со стандартом и т. д.).

Если анализ включает экзогенные реагенты ( реагенты ), то их количества поддерживаются фиксированными (или в избытке), так что количество и качество мишени являются единственными ограничивающими факторами. Разница в результатах анализа используется для выведения неизвестного качества или количества рассматриваемой мишени. Некоторые анализы (например, биохимические анализы) могут быть похожи на химический анализ и титрование . Однако анализы обычно включают биологический материал или явления, которые по своей сути более сложны по составу или поведению, или и то, и другое. Таким образом, чтение анализа может быть шумным и включать большие трудности в интерпретации, чем точное химическое титрование. С другой стороны, качественные анализы старого поколения, особенно биоанализы , могут быть гораздо более грубыми и менее количественными (например, подсчет смерти или дисфункции организма или клеток в популяции или некоторое описательное изменение в какой-то части тела группы животных).

Анализы стали обычной частью современных медицинских , экологических , фармацевтических и судебно-медицинских технологий . Другие предприятия также могут использовать их на промышленном , придорожном или полевом уровнях. Анализы, пользующиеся высоким коммерческим спросом, были хорошо изучены в секторах исследований и разработок профессиональных отраслей. Они также прошли поколения развития и усложнения. В некоторых случаях они защищены правилами интеллектуальной собственности, такими как патенты, выданные на изобретения. Такие промышленные анализы часто проводятся в хорошо оборудованных лабораториях и с автоматизированной организацией процедуры, от заказа анализа до преаналитической обработки образцов (сбор образцов, необходимые манипуляции, например, вращение для разделения , аликвотирование при необходимости, хранение, извлечение, пипетирование , аспирация и т. д.). Аналиты, как правило, тестируются в высокопроизводительных автоанализаторах , а результаты проверяются и автоматически возвращаются поставщикам услуг заказа и конечным пользователям . Это стало возможным благодаря использованию усовершенствованной лабораторной информационной системы , которая взаимодействует с несколькими компьютерными терминалами конечных пользователей, центральными серверами , физическими автоанализаторами и другими автоматами. [ необходимо разъяснение ]

Этимология

Согласно Etymology Online, [3] глагол assay означает «пытаться, стремиться, стремиться, проверять качество»; от англо-французского assaier , от assai (существительное), от старофранцузского essai , «испытание». Таким образом, существительное assay означает «испытание, испытание качества, испытание характера» (с середины 14-го века), от англо-французского assai ; а его значение «анализ» с конца 14-го века.

Для анализа денежных монет это буквально означало анализ чистоты золота или серебра (или любого другого драгоценного компонента), который представлял истинную стоимость монеты. Это могло быть переведено позже (возможно, после 14-го века) в более широкое использование «анализа», [ необходима цитата ] например, в фармакологии, анализ важного компонента цели внутри смеси — такого как активный ингредиент лекарства внутри инертных вспомогательных веществ в формуле, которая ранее измерялась только грубо по его наблюдаемому действию на организм (например, летальная доза или ингибирующая доза).

Общие шаги

Анализ никогда не является изолированным процессом, так как он должен сопровождаться пред- и постаналитическими процедурами. Как порядок коммуникации (запрос на проведение анализа плюс сопутствующая информация), так и обработка самого образца (сбор, документирование, транспортировка и обработка, выполняемые перед началом анализа) являются преданалитическими шагами. Аналогично, после завершения анализа результаты должны быть задокументированы, проверены и сообщены — постаналитические шаги. Как и в любой многоэтапной системе обработки и передачи информации , вариации и ошибки в сообщении конечных результатов влекут за собой не только те, которые присущи самому анализу, но и те, которые возникают в пред- и постаналитических процедурах.

Хотя аналитические этапы самого анализа привлекают большое внимание [4], именно те, которые привлекают меньше внимания цепочки пользователей — преаналитические и постаналитические процедуры — обычно накапливают больше всего ошибок; например, преаналитические этапы в медицинских лабораторных анализах могут составлять 32–75% всех лабораторных ошибок. [5]

Анализы могут быть самыми разнообразными, но обычно включают следующие общие этапы:

  1. Обработка и манипуляция образцами для избирательного представления цели в различимой или измеримой форме для системы дискриминации/идентификации/обнаружения. Это может включать простое центрифужное разделение или промывку или фильтрацию или захват некоторой формой селективного связывания или это может даже включать модификацию цели, например, извлечение эпитопа в иммунологических анализах или разрезание цели на части, например, в масс-спектрометрии . Обычно перед анализом выполняется несколько отдельных шагов, которые называются преаналитической обработкой. Но некоторые манипуляции могут быть неотделимой частью самого анализа и, таким образом, не будут считаться преаналитическими.
  2. Принцип дискриминации/идентификации, специфичный для цели : выделить на фоне (шуме) схожие компоненты и специфически идентифицировать конкретный целевой компонент («аналит») в биологическом материале по его специфическим признакам. (например, в ПЦР- анализе специфический олигонуклеотидный праймер идентифицирует цель путем спаривания оснований на основе специфической нуклеотидной последовательности, уникальной для цели).
  3. Система усиления сигнала (или цели) : наличие и количество этого аналита преобразуется в обнаруживаемый сигнал, обычно включающий некоторый метод усиления сигнала, так что его можно легко отличить от шума и измерить - например, в анализе ПЦР среди смеси последовательностей ДНК только конкретная цель амплифицируется в миллионы копий ферментом ДНК-полимеразы, так что ее можно различить 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 некую систему уменьшения сигнала, которая является отрицательной амплификацией.
  4. Система обнаружения (и интерпретации) сигнала : система расшифровки усиленного сигнала в интерпретируемый вывод, который может быть количественным или качественным. Это могут быть визуальные или ручные очень грубые методы или могут быть очень сложные электронные цифровые или аналоговые детекторы.
  5. Усиление сигнала и фильтрация шума могут быть выполнены на любом или всех этапах выше. Поскольку чем ниже по потоку этап/процесс во время анализа, тем выше вероятность переноса шума из предыдущего процесса и его усиления, несколько этапов в сложном анализе могут включать различные средства сигнально-специфических механизмов усиления/усиления и шумоподавления или фильтрации. 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, которая предотвращает «автофлуоресценцию» фоновых объектов. [ необходима цитата ]

Типы анализов в зависимости от характера процесса анализа

Время и количество проведенных измерений

В зависимости от того, рассматривает ли анализ только одну временную точку или хронометрированные показания, полученные в нескольких временных точках, анализ может быть:

  1. Анализ конечной точки , в котором выполняется одно измерение после фиксированного инкубационного периода; или
  2. Кинетический анализ , в котором измерения выполняются несколько раз в течение фиксированного интервала времени. Результаты кинетического анализа могут быть визуализированы численно (например, как параметр наклона, представляющий скорость изменения сигнала с течением времени) или графически (например, как график сигнала, измеренного в каждой точке времени). Для кинетических анализов как величина, так и форма измеренного отклика с течением времени предоставляют важную информацию.
  3. Высокопроизводительный анализ может быть либо конечной точкой, либо кинетическим анализом, обычно проводимым на автоматизированной платформе в форматах 96-, 384- или 1536-луночных микропланшетов ( высокопроизводительный скрининг ). Такие анализы способны тестировать большое количество соединений или аналитов или делать функциональные биологические считывания в ответ на стимулы и/или тестируемые соединения. [6]

Количество обнаруженных аналитов

В зависимости от того, сколько целей или аналитов измеряется:

  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 наличия, концентрации, активности или качества нескольких аналитов в одном тесте. Появление мультиплексирования позволило проводить быстрое и эффективное тестирование образцов во многих областях, включая иммунологию, цитохимию, генетику/геномику, фармакокинетику и токсикологию. [7]

Тип результата

В зависимости от качества получаемого результата анализы можно классифицировать на:

  1. Качественные анализы , т. е. анализы, которые обычно дают только результат «прошел» или «не прошел», положительный или отрицательный результат или что-то в этом роде, лишь небольшое количество качественных градаций, а не точное количество.
  2. Полуколичественные анализы , т. е. анализы, которые дают приблизительное значение, а не точное число для количества вещества. Обычно они имеют несколько больше градаций, чем просто два результата, положительный или отрицательный, например, оценка по шкале от 1+ до 4+, как это используется для тестов на группу крови, основанных на агглютинации эритроцитов в ответ на групповые реагенты (антитела против антигенов группы крови).
  3. Количественные анализы , т.е. анализы, которые дают точную и точную численную количественную меру количества вещества в образце. Примером такого анализа, используемого в лабораториях по исследованию коагуляции для наиболее распространенного наследственного заболевания, связанного с кровотечением - болезни Виллебранда, является анализ антигена VWF , при котором количество VWF, присутствующего в образце крови, измеряется с помощью иммуноферментного анализа.
  4. Функциональные анализы , т. е. анализ, который пытается количественно оценить функционирование активного вещества, а не просто его количество. Функциональным аналогом анализа антигена VWF является анализ кофактора ристоцетина , который измеряет функциональную активность VWF, присутствующего в плазме пациента, путем добавления экзогенных формалин-фиксированных тромбоцитов и постепенно увеличивающихся количеств препарата под названием ристоцетин при измерении агглютинации фиксированных тромбоцитов. Похожий анализ, но используемый для другой цели, называется агрегация тромбоцитов, вызванная ристоцетином , или RIPA, который проверяет реакцию эндогенных живых тромбоцитов пациента в ответ на ристоцетин (экзогенный) и VWF (обычно эндогенный).

Тип и метод выборки

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

  1. Биопроба : когда ответом является биологическая активность живых объектов. Примеры включают
    1. in vivo , целый организм (например, мышь или другой субъект, которому вводят лекарство)
    2. часть тела ex vivo (например, нога лягушки)
    3. орган ex vivo (например, сердце собаки)
    4. ex vivo часть органа (например, сегмент кишечника).
    5. ткань (например, лизат лимулюса)
    6. клетка (например, тромбоциты)
  2. Анализ связывания лиганда , при котором лиганд (обычно небольшая молекула) связывается с рецептором (обычно крупным белком).
  3. Иммуноферментный анализ , когда ответ представляет собой реакцию связывания антигена с антителом.

Усиление сигнала

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

  1. Анализ ферментов : Ферменты можно тестировать по их высокоповторяющейся активности на большом количестве субстратов, когда потеря субстрата или создание продукта может иметь измеримый атрибут, такой как цвет или поглощение при определенной длине волны или свете, или электрохемилюминесценция или электрическая/окислительно-восстановительная активность.
  2. Системы обнаружения света, которые могут использовать усиление, например, с помощью фотодиода или фотоумножительной трубки или охлаждаемого прибора с зарядовой связью .
  3. Субстраты, меченые радиоизотопами , используемые в радиоиммуноанализах и анализах равновесного диализа, могут быть обнаружены путем амплификации в гамма-счетчиках или рентгеновских пластинах, или фосфоримиджерах.
  4. Анализы полимеразной цепной реакции , которые усиливают целевую ДНК (или РНК), а не сигнал
  5. Комбинированные методы Анализы могут использовать комбинацию вышеперечисленных 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 с жидким образцом для испытаний, и поглощение сравнивается с холостым образцом и стандартами с градуированными количествами целевого соединения. Если излучаемый свет имеет определенную видимую длину волны, это может называться колориметрией , или это может включать определенную длину волны света, например, с использованием лазера и излучением флуоресцентных сигналов другой определенной длины волны, которая обнаруживается с помощью очень определенных оптических фильтров длины волны.
  3. Коэффициент пропускания света может использоваться для измерения, например, уменьшения непрозрачности жидкости, создаваемой взвешенными частицами, из-за уменьшения количества сгустков во время реакции агглютинации тромбоцитов .
  4. Турбидиметрия , при которой непрозрачность прямо проходящего света, проходящего через жидкий образец, измеряется детекторами, расположенными прямо напротив источника света.
  5. Нефелометрия , при которой измерение количества рассеянного света, происходящего при прохождении луча света через раствор, используется для определения размера и/или концентрации и/или распределения размеров частиц в образце. [8]
  6. Рефлектометрия. Оценка цвета света, отраженного от (обычно сухого) образца или реагента, например, автоматические показания тест-полосок для анализа мочи.
  7. Вязкоупругие измерения, например, вискозиметрия, эластография (например, тромбоэластография )
  8. Подсчетные анализы: например, оптические проточные цитометрические счетчики клеток или частиц или счетчики клеток на основе принципа Коултера /импеданса
  9. Анализы изображений, включающие анализ изображений вручную или с помощью программного обеспечения:
    1. Цитометрия : когда статистика размеров клеток оценивается с помощью процессора изображений.
  10. Электрическое обнаружение, например, с использованием амперометрии , вольтамперометрии , кулонометрии, может использоваться напрямую или косвенно для многих типов количественных измерений.
  11. Другие анализы, основанные на физических свойствах, могут использовать
    1. Осмометр
    2. Вискозиметр
    3. Ионоселективные электроды
    4. Синдромное тестирование

Типы анализов в зависимости от измеряемых целей

ДНК

Анализы для изучения взаимодействия белков с ДНК включают :

Белок

РНК

Подсчет клеток, анализы жизнеспособности, пролиферации или цитотоксичности

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

Загрязнители окружающей среды или пищевых продуктов

Поверхностно-активные вещества

Другие клеточные анализы

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

Анализ метастазов

Нефтехимия

Вирусология

Анализ титра вируса на основе HPCE использует запатентованную высокопроизводительную систему капиллярного электрофореза для определения титра бакуловируса .

Анализ Trofile используется для определения тропизма ВИЧ .

Анализ вирусных бляшек заключается в подсчете количества вирусов, присутствующих в образце. В этом методе подсчитывается количество вирусных бляшек, образованных вирусным инокулятом, из которого можно определить фактическую концентрацию вируса.

Клеточные секреции

Широкий спектр клеточных выделений (например, специфическое антитело или цитокин ) может быть обнаружен с помощью метода ELISA . Количество клеток, которые секретируют эти конкретные вещества, может быть определено с помощью родственного метода, анализа ELISPOT .

Наркотики

Качество

Когда несколько анализов измеряют одну и ту же цель, их результаты и полезность могут быть или не быть сопоставимыми в зависимости от природы анализа и его методологии, надежности и т. д. Такие сравнения возможны посредством изучения общих качественных характеристик анализов, например, принципов измерения (включая идентификацию, амплификацию и обнаружение), динамического диапазона обнаружения (обычно диапазона линейности стандартной кривой ), аналитической чувствительности, функциональной чувствительности, аналитической специфичности, положительных , отрицательных прогностических значений , времени оборота, т. е. времени, необходимого для завершения всего цикла от преаналитических шагов до конца последнего постаналитического шага (отправка/передача отчета), пропускной способности , т. е. количества анализов, выполненных за единицу времени (обычно выражается в часе) и т. д. Организации или лаборатории, которые выполняют анализы в профессиональных целях, например, медицинская диагностика и прогностика, анализ окружающей среды, судебно-медицинская экспертиза, фармацевтические исследования и разработки, должны проходить хорошо регулируемые процедуры обеспечения качества , включая валидацию метода, регулярную калибровку , аналитический контроль качества , проверку квалификации, аккредитацию испытаний , лицензирование испытаний и должны документально подтверждать соответствующие сертификаты от соответствующих регулирующим органам с целью установления надежности их анализов, в частности, для сохранения их юридической приемлемости и ответственности за качество результатов анализов, а также для убеждения клиентов использовать их анализы в коммерческих/профессиональных целях.

Список баз данных BioAssay

Базы данных биоактивности

Базы данных по биоактивности сопоставляют структуры или другую химическую информацию с результатами биоактивности, взятыми из биологических анализов в литературе, патентах и ​​программах скрининга.

Базы данных протоколов

Базы данных протоколов сопоставляют результаты биологических анализов с метаданными об условиях эксперимента и дизайне протоколов.

Смотрите также

Ссылки

  1. ↑ Американский словарь наследия английского языка (4-е изд.). Бостон, Массачусетс: Houghton Mifflin. 2006. ISBN 9780618701735.
  2. ^ Abate, Frank (2001). J. Jewell, Elizabeth (ред.). Новый Оксфордский американский словарь (2-е изд.). Oxford: Oxford University Press. ISBN 9780195112276.
  3. ^ "Онлайн-словарь этимологии - Assay". etymonline . Douglas Harper. 2016. Получено 13 августа 2016 .
  4. ^ Бонини, П.; Плебани, М.; Чериотти, Ф.; Рубболи, Ф. (май 2002 г.). «Ошибки в лабораторной медицине». Клиническая химия . 48 (5): 691–8. doi : 10.1093/clinchem/48.5.691 . PMID  11978595.
  5. ^ Хаммерлинг, Джули А. (1 февраля 2012 г.). «Обзор медицинских ошибок в лабораторной диагностике и где мы находимся сегодня: Таблица 1». Лабораторная медицина . 43 (2): 41–44. doi : 10.1309/LM6ER9WJR1IHQAUY .
  6. ^ Sittampalam, GS (2004). "Руководство по проведению анализов [Интернет]". ncbi.nlm.com . Eli Lilly & Company и Национальный центр развития трансляционных наук . Получено 12 августа 2016 г. .
  7. ^ Бэнкс, Питер (7 июня 2010 г.). «Мультиплексные анализы в науках о жизни». biotek.com . BioTek Instruments Inc . Получено 13 августа 2016 г. .
  8. ^ "Нефелометрия". Бесплатный словарь . Farlex. 2016. Получено 9 сентября 2016 .
  9. ^ Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr AL, Randall RJ (ноябрь 1951 г.). «Измерение белка с помощью фенольного реагента Фолина». J. Biol. Chem . 193 (1): 265–75. doi : 10.1016/S0021-9258(19)52451-6 . PMID  14907713.
  10. ^ Харрис, Дж. Б. (2019). «Постобработка больших данных о биологической активности». Биоинформатика и открытие лекарств . Методы в молекулярной биологии. Т. 1939. С. 37–47. doi :10.1007/978-1-4939-9089-4_3. ISBN 978-1-4939-9088-7. PMID  30848455. S2CID  73493315.
  11. ^ ab Wang, Yanli; Bryant, Stephen H.; Cheng, Tiejun; Wang, Jiyao; Gindulyte, Asta; Shoemaker, Benjamin A.; Thiessen, Paul A.; He, Siqian; Zhang, Jian (4 января 2017 г.). "PubChem BioAssay: обновление 2017 г.". Nucleic Acids Research . 45 (D1): D955–D963. doi :10.1093/nar/gkw1118. PMC 5210581 . PMID  27899599. 
  12. ^ "Главная". assay.biometadata.com .

Внешние ссылки