stringtranslate.com

Биоанализ

Установка биоанализа

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 цитата ]

Принцип

Биоанализ — это биохимический тест, позволяющий оценить эффективность исследуемого соединения. Обычно эту эффективность можно измерить только по отношению к стандартному соединению. [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 на дифтерийный антитоксин был первым биологическим анализом, получившим признание. [8] С помощью биоанализа он обнаружил, что введение животным постепенно увеличивающейся дозы дифтерийного дифтерита 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

Процедура теста Эймса

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). В одну чашку добавляют подозреваемый мутаген . Если на чашке с предполагаемым мутагеном растут более заметные колонии, вероятно, 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 50 , общепринятая мера острой токсичности, описывает дозу, при которой 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 внутри организма, они часто могут быть трудоемкими и трудоемкими. Факторы, специфичные для конкретного организма, могут привести к получению данных, неприменимых 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 )

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Аб Хоскинс, WM; 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.
  2. ^ «Руководство для промышленности: тесты эффективности продуктов клеточной и генной терапии» . Вашингтон, округ Колумбия: Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. Январь 2011. с. 7.
  3. ^ abc 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. doi :10.1016/j.drudis.2017.05.002. ПМИД  28533190.
  5. ^ ab «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.
  6. ^ abcd Saha, GM (29 ноября 2002 г.). Разработка и анализ биоанализов . Калькутта: Индийский статистический институт. стр. 61–76.
  7. ^ аб 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. ПМК 2790789 . ПМИД  18679046. 
  10. ^ «Экологическое исследование - как биоанализы используются в реальном мире?». ei.cornell.edu . Проверено 1 декабря 2017 г.
  11. ^ abcd 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. PMID  21438739. S2CID  2269998.
  12. ^ abcd Le, гл. «Прямые биоанализы и оценка соотношений» (PDF) . Проверено 15 июня 2021 г.
  13. ^ Чарнли Дж. (2002). «Тест Эймса». Энциклопедия общественного здравоохранения . eNotes.com. Архивировано из оригинала 4 февраля 2009 года . Проверено 2 мая 2014 г.
  14. ^ «Абсолютная смертельная доза (LD100)» . 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. doi : 10.1038/s41598-019-40381-4 . ПМК 6405917 . ПМИД  30846752. 
  16. ^ Гаванджи С., Бахтари А., Фамурева AC, Осман Э.М. (январь 2023 г.). «Цитотоксическая активность растительных лекарственных средств, оцененная in vitro: обзор». Химия и биоразнообразие . 20 (2): 3–27. дои : 10.1002/cbdv.202201098 . PMID  36595710. S2CID  255473013.
  17. ^ Методы измерения острой токсичности сточных вод и получения воды для пресноводных и морских организмов (Отчет). Агентство по охране окружающей среды. Октябрь 2002 г. EPA-821-R-02-012.
  18. ^ «Методы токсичности всех сточных вод». Аналитические методы Закона о чистой воде . Агентство по охране окружающей среды. 01.08.2020.
  19. ^ Тахедль, Харальд; Хадер, Донат-Петер (1999). «Быстрая проверка 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.