stringtranslate.com

Биопроба

Установка для биопроб

Биоанализ — это аналитический метод определения активности 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 как количественным, так и квантовым, прямым или косвенным. [3] Если измеренный ответ является бинарным, анализ является квантовым; в противном случае он является количественным . [3]

Биопроба может использоваться для обнаружения биологических опасностей или для оценки качества смеси. [4] Биопроба часто используется для контроля качества воды , а также сбросов сточных вод и их воздействия на окружающую среду. [5] Она также используется для оценки воздействия на окружающую среду и безопасности новых технологий и объектов. [ необходима цитата ]

Биологические анализы необходимы в фармацевтических, медицинских и сельскохозяйственных науках для разработки и вывода на рынок новых лекарственных препаратов, витаминов и т. д.

Принцип

Биопроба — это биохимический тест для оценки эффективности соединения-образца. Обычно эта эффективность может быть измерена только относительно стандартного соединения. [3] [1] Типичный биопроба включает стимул (например, лекарства), применяемый к субъекту (например, животным, тканям, растениям). Соответствующая реакция (например, смерть) субъекта таким образом вызывается и измеряется. [6]

История

Первое использование биопробы относится к концу 19 века, когда немецкий врач Пауль Эрлих заложил основу биопроб. [7] Он ввел концепцию стандартизации по реакциям живой материи. [7] [6] Его биопроба на дифтерийный антитоксин стала первой биопробой, получившей признание. [8] Благодаря его использованию биопробы удалось обнаружить, что введение животным постепенно увеличивающейся дозы дифтерийного возбудителя стимулировало выработку антисыворотки. [9]

Одним из известных примеров биопроб является эксперимент «канарейка в угольной шахте». [10] Чтобы заранее предупредить об опасном уровне метана в воздухе, шахтеры брали с собой в угольные шахты чувствительных к метану канареек. Если канарейка погибала из-за накопления метана, шахтеры покидали эту зону как можно быстрее.

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

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

Начиная с конца 1960-х и 1970-х годов, доверие к биопробам возросло, поскольку возросла обеспокоенность общественности относительно профессиональных и экологических опасностей. [11]

Классификации

Биоанализ можно классифицировать по способу его применения и регистрации реакции.

Прямой анализ
В прямом анализе стимул, применяемый к субъекту, является конкретным и непосредственно измеряемым, а реакция на этот стимул регистрируется. Переменная интереса — это конкретный стимул, необходимый для получения интересующей реакции (например, смерть субъекта). [6] [12]
Непрямой анализ
В косвенном тесте стимул фиксируется заранее, а реакция измеряется у субъектов. Переменная, представляющая интерес в эксперименте, — это реакция на фиксированный интересующий стимул. [6] [12]
Количественный ответ
Измерение реакции на стимул осуществляется по непрерывной шкале (например, содержание сахара в крови, степень изменения цвета в среде роста клеток). [12]
Квантовый ответ
Ответ является бинарным; это определение того, произошло ли событие (например, смерть субъекта) или нет. [12]

Примеры

Процедура теста Эймса

Одним из классических биоанализов является тест Эймса . Штамм сальмонеллы , которому для роста требуется гистидин, помещают на две чашки с питательной средой, содержащей минимальное количество гистидина и немного экстракта печени крысы (для имитации метаболизма печени). На одну чашку добавляют предполагаемый мутаген . Если на чашке с предполагаемым мутагеном вырастают более заметные колонии, она, вероятно, мутагенная: мутаген может заставить штамм бактерии восстановить способность производить свой собственный гистидин. [13]

Большинство других форм токсикологических испытаний также являются биопробами. Животные или клеточные культуры могут быть помещены под ряд уровней предполагаемого токсина, чтобы выяснить, вызывает ли вещество вредные изменения и на каком уровне оно это делает. Значение LD 50 , общепринятая мера острой токсичности, описывает дозу, при которой вещество является смертельным для 50% тестируемых животных. [14]

Эффективность препарата можно измерить с помощью биологического анализа. [15]

Экологические биопробы

Экологические биопробы, как правило, представляют собой широкомасштабное исследование токсичности . [16] Оценка идентификации токсичности проводится для определения соответствующих токсикантов . Хотя биопробы полезны для определения биологической активности внутри организма, они часто могут быть трудоемкими и занимать много времени. Факторы, специфичные для организма, могут приводить к данным, которые неприменимы к другим в этом виде. По этим причинам часто используются другие биологические методы, включая радиоиммуноанализы . См. биоиндикатор .

Требования по контролю загрязнения воды в Соединенных Штатах требуют, чтобы некоторые промышленные сбросы и муниципальные очистные сооружения проводили биопробы. Эти процедуры, называемые тестами на токсичность всего стока , включают тесты на острую токсичность, а также методы хронических испытаний. [5] Методы включают воздействие на живые водные организмы образцов сточных вод в течение определенного периода времени. [17] [18] Другим примером является биопроба ECOTOX, которая использует микроводоросли Euglena gracilis для проверки токсичности образцов воды. [19] ( См. Биоиндикатор#Микроводоросли в качестве воды )

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Хоскинс, WM; Крейг, Р. (1962-01-01). «Использование биопроб в энтомологии». Annual Review of Entomology . 7 (1): 437–464. doi :10.1146/annurev.en.07.010162.002253. ISSN  0066-4170. PMID  14449182.
  2. ^ «Руководство для промышленности: Тесты эффективности для клеточной и генной терапии». Вашингтон, округ Колумбия: Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. Январь 2011 г. стр. 7.
  3. ^ abc Laska, EM; Meisner, MJ (1987-04-01). "Статистические методы и применение биоанализа". Annual Review of Pharmacology and Toxicology . 27 (1): 385–397. doi :10.1146/annurev.pa.27.040187.002125. ISSN  0362-1642. PMID  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. doi :10.1016/j.drudis.2017.05.002. ПМИД  28533190.
  5. ^ ab "Permit Limits-Whole Effluent Toxity (WET)". Национальная система ликвидации сбросов загрязняющих веществ (NPDES) . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 2021-10-11.
  6. ^ abcd Saha, G. M (29 ноября 2002 г.). Разработка и анализ биопроб . Калькутта: Индийский статистический институт. С. 61–76.
  7. ^ ab Van Noordwijk, Jacobus (1989). «Биологические анализы на целых животных». Журнал фармацевтического и биомедицинского анализа . 7 (2): 139–145. doi :10.1016/0731-7085(89)80077-9. PMID  2488614.
  8. ^ Анализ продуктов питания и напитков: современные методы . Хараламбус, Джордж, 1922-1994. Орландо: Academic Press. 1984. ISBN 0121691608. OCLC  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. ПМК 2790789 . ПМИД  18679046. 
  10. ^ «Экологическое исследование — как биопробы используются в реальном мире?». ei.cornell.edu . Получено 01.12.2017 .
  11. ^ abcd Бейер, Л. А.; Бек, Б. Д.; Левандовски, ТА (2011-04-01). «Историческая перспектива использования животных биопроб для прогнозирования канцерогенности: эволюция в дизайне и признание полезности». Критические обзоры в токсикологии . 41 (4): 321–338. doi :10.3109/10408444.2010.541222. ISSN  1040-8444. PMID  21438739. S2CID  2269998.
  12. ^ abcd Le, Гл. "Прямые биопробы и оценка соотношений" (PDF) . Получено 15 июня 2021 г.
  13. ^ Charnley G (2002). "Тест Эймса". Энциклопедия общественного здравоохранения . eNotes.com. Архивировано из оригинала 4 февраля 2009 года . Получено 2014-05-02 .
  14. ^ "Абсолютная летальная доза (LD100)". Золотая книга ИЮПАК . Международный союз теоретической и прикладной химии. Архивировано из оригинала 2019-07-01 . Получено 2019-07-01 .
  15. ^ Qin, X; Yao, W; Shi, X; Liu, L; Huang, F; Ding, Y; Zhou, Y; Yu, L; Jia, C; Li, S; Rao, C; Wang, J (7 марта 2019 г.). "Responsive Cells for rhEGF bioassay Obtained through Screening of a CRISPR/Cas9 Library". Scientific Reports . 9 (1): 3780. Bibcode :2019NatSR...9.3780Q. doi : 10.1038/s41598-019-40381-4 . PMC 6405917 . PMID  30846752. 
  16. ^ Gavanji S, Bakhtari A, Famurewa AC, Othman EM (январь 2023 г.). «Цитотоксическая активность растительных лекарственных средств по оценке in vitro: обзор». Химия и биоразнообразие . 20 (2): 3–27. doi : 10.1002/cbdv.202201098 . PMID  36595710. S2CID  255473013.
  17. ^ Методы измерения острой токсичности сточных вод и водоприемников для пресноводных и морских организмов (отчет). EPA. Октябрь 2002 г. EPA-821-R-02-012.
  18. ^ "Методы определения токсичности сточных вод". Аналитические методы Закона о чистой воде . EPA. 2020-08-01.
  19. ^ Тахедл, Харальд; Хадер, Донат-Питер (1999). «Быстрая проверка качества воды с использованием автоматического биотеста ECOTOX на основе поведения движения пресноводного жгутиконосца». Water Research . 33 (2): 426–432. Bibcode : 1999WatRe..33..426T. doi : 10.1016/s0043-1354(98)00224-3.