Анализ - Assay

Анализа является следственной (аналитической) процедура , в лабораторной медицине , горнодобывающей промышленности , фармакологии , экологической биологии и молекулярной биологии для оценки качественного или количественного измерения присутствия, количества или функциональную активность мишени субъекта. Аналитом может быть лекарство , биохимическое вещество , химический элемент или соединение , или клетка в организме или органический образец . Измеряемый объект часто называют аналитом , измеряемой величиной или целью анализа. Анализ обычно направлен на измерение интенсивных свойств аналита и их выражение 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 используются экзогенные реагенты ( реагенты ), то их количество остается фиксированным (или избыточным), 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 тем, и другим. Таким образом, считывание результатов анализа может быть шумным и сопряжено с большими трудностями при 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 обычной частью современных медицинских , экологических , фармацевтических и судебно-медицинских технологий . Другие предприятия также могут нанять их на промышленном уровне , на обочине дороги или в поле. Анализы, пользующиеся высоким коммерческим спросом , хорошо изучены в секторах исследований и разработок в профессиональных отраслях. Они также прошли через поколения развития и изощренности. В некоторых случаях они защищены положениями об интеллектуальной собственности, такими как патенты 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 и т. Д. пипетирование , аспирация и т. д.). Аналиты , как правило , проходят в высоко- пропускной autoanalyzers , и результаты проверяются и автоматически возвращаются поставщикам заказа услуг и конечных пользователей . Это стало возможным благодаря использованию передовой лабораторной информационной системы, которая взаимодействует с множеством компьютерных терминалов с конечными пользователями, центральными серверами , инструментами физического автоанализатора и другими автоматами.

Этимология

Согласно Etymology Online, глагол « проба» означает «пробовать, прилагать усилия, стремиться, проверять качество»; от англо-французского assaier , от assai (существительное), от старофранцузского essai , «суд». Таким образом, существительное « проба» означает «испытание, проверка качества, проверка характера» (середина 14 века), от англо-французского языка assai ; а значение «анализ» относится к концу 14 века.

Для проверки денежных монет это буквально означало анализ чистоты золота или серебра (или любого другого драгоценного компонента), который представлял истинную ценность монеты. Это могло быть переведено позже (возможно, после XIV века) в более широкое использование «анализа», например, в фармакологии, анализ важного компонента мишени внутри смеси, такого как активный ингредиент лекарства внутри инертных наполнителей. в составе, который ранее был измерен только грубо по его наблюдаемому действию на организм (например, летальная доза или ингибирующая доза).

Общие шаги

Анализ (анализ) никогда не является изолированным процессом, так как он должен сопровождаться пре- и постаналитическими процедурами. И порядок общения (запрос на выполнение анализа плюс сопутствующая информация), и обращение с самим образцом (сбор, документирование, транспортировка и обработка, выполняемые перед началом анализа) являются этапами предварительного анализа. Точно так же после завершения анализа результаты должны быть задокументированы, проверены и сообщены - постаналитические шаги. Как и в случае любой многоступенчатой системы обработки и передачи информации , вариации и ошибки в сообщении окончательных результатов влекут за собой не только те, которые присущи самому анализу, но также те, которые возникают в преаналитических и постаналитических процедурах.

Хотя аналитические этапы самого анализа привлекают много внимания, именно те этапы, которым уделяется меньше внимания цепочки пользователей - преаналитические и постаналитические процедуры, - обычно накапливают наибольшее количество ошибок; например, предварительные аналитические шаги в медицинских лабораторных анализах могут составлять 32–75% всех лабораторных ошибок.

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

  1. Обработка образцов и манипуляции с ними для выборочного представления цели в различимой или измеримой форме системе распознавания / идентификации / обнаружения. Это может включать простое разделение на центрифуге, промывку, фильтрацию или захват с помощью некоторой формы селективного связывания, или может даже включать 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. Но некоторые манипуляции могут быть неотъемлемой частью самого анализа и поэтому не будут считаться преаналитическими.
  2. Целевая ДИСКРИМИНАЦИЯ / ИДЕНТИФИКАЦИЯ Принцип : отличать от фона (шума) аналогичных компонентов и конкретно идентифицировать конкретный целевой компонент («аналит») в биологическом материале по его специфическим атрибутам. (например, в анализе ПЦР специфический олигонуклеотидный праймер идентифицирует мишень путем спаривания оснований на основе специфической нуклеотидной последовательности, уникальной для мишени).
  3. Система УСИЛЕНИЯ сигнала (или цели) : присутствие и количество этого аналита преобразуется в детектируемый сигнал, обычно включающий некоторый метод усиления сигнала, так что его можно легко отличить от шума и измерить - например, в анализе ПЦР среди смеси Последовательности ДНК только конкретной мишени амплифицируются до миллионов копий ферментом ДНК-полимеразой, 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 какую-то систему ослабления сигнала, которая является отрицательной амплификацией.
  4. Система ОБНАРУЖЕНИЯ (и интерпретации) сигналов : система расшифровки усиленного сигнала в интерпретируемый выходной сигнал, который может быть количественным или качественным. Это могут быть очень грубые визуальные или ручные методы или очень сложные электронные цифровые или аналоговые детекторы.
  5. Улучшение сигнала и фильтрация шума могут выполняться на любом или на всех этапах, описанных выше. Поскольку чем больше последующий 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 настройки усиления / усиления сигнала, а также снижения шума или фильтрующие устройства. Это может быть просто в виде узкой полосовой оптический фильтр, или блокирующий реагент в реакции связывания , который предотвращает неспецифическое связывание или гашение реагента в системе обнаружения флуоресценции , что мешает «аутофлуоресценция» фоновых объектов.

Типы анализов в зависимости от характера процесса анализа

Время и количество выполненных измерений

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

  1. Анализ конечной точки , в котором одно измерение выполняется после фиксированного инкубационного периода; или
  2. Кинетический анализ , в котором измерения выполняются многократно в течение фиксированного интервала времени. Результаты кинетического анализа могут быть визуализированы численно (например, как параметр наклона, представляющий скорость изменения сигнала во времени) или графически (например, как график сигнала, измеренного в каждый момент времени). Для кинетических анализов важная информация содержится как в величине, так и в форме измеренного отклика с течением времени.
  3. Высокая пропускная способность анализа может быть конечной точкой или кинетический анализ обычно делается на автоматизированной платформе в 96-, 384- или 1536-луночный микропланшет форматов ( высокопроизводительный скрининг ). Такие анализы позволяют тестировать большое количество соединений или аналитов или производить функциональные биологические считывания в ответ на стимулы и / или тестируемые соединения.

Количество обнаруженных аналитов

В зависимости от того, сколько целей или аналитов измеряется:

  1. Обычные анализы - это простые или одноцелевые анализы, которые обычно используются по умолчанию, если 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 полученного результата анализы можно разделить на:

  1. Качественные анализы , то есть анализы, которые обычно дают только результат «прошел» или «не прошел», или положительный, или отрицательный, или какой-то другой вид только небольшого количества качественных градаций, а не точное количество.
  2. Полуколичественные анализы , то есть анализы, которые дают показания приблизительным образом, а не точным числом для количества вещества. Обычно они имеют несколько больше градаций, чем просто два результата, положительный или отрицательный, например, оценка по шкале от 1+ до 4+, используемая для тестов на определение группы крови на основе агглютинации эритроцитов в ответ на группирующие реагенты (антитела против антигенов группы крови).
  3. Количественные анализы , то есть анализы, которые дают точные и точные числовые количественные измерения количества вещества в образце. Примером такого анализа, используемого в лабораториях тестирования коагуляции для наиболее распространенного наследственного кровотечения - болезни фон Виллебранда, является анализ антигена VWF, где количество VWF, 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 VWF является анализ кофактора Ristocetin , который измеряет функциональную активность VWF, присутствующего в плазме пациентов, путем добавления экзогенных фиксированных формалином тромбоцитов и постепенного увеличения количества лекарственного средства, называемого ристоцетином, 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 в ответ на ристоцетин (экзогенный) и VWF (обычно эндогенный).

Тип и метод пробы

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

  1. Биотест : когда ответ - это биологическая активность живых объектов. Примеры включают
    1. in vivo , весь организм (например, мышь или другой субъект, которому вводят лекарство)
    2. ex vivo часть тела (например, лапа лягушки)
    3. орган ex vivo (например, сердце собаки)
    4. ex vivo часть органа (например, сегмент кишечника).
    5. ткань (например, лизат лимулуса)
    6. клетка (например, тромбоциты)
  2. Анализ связывания лиганда, когда лиганд (обычно небольшая молекула) связывает рецептор (обычно большой белок).
  3. Иммуноанализ, когда ответ представляет собой реакцию типа связывания антигена и антитела.

Усиление сигнала

В зависимости от характера системы усиления сигнала анализы могут быть разных типов, например:

  1. Ферментный анализ : ферменты могут быть протестированы по их многократно повторяющейся активности на большом количестве субстратов, когда потеря субстрата или изготовление продукта может иметь измеримый атрибут, такой как цвет или поглощение при определенной длине волны или света, или электрохемилюминесценции, или электричества / окислительно-восстановительного потенциала. деятельность.
  2. Световые системы обнаружения , которые могут использовать , например , амплификации с помощью фотодиода или фотоумножитель или охлажденного зарядовой связи .
  3. Радиоизотопный помечены субстраты, используемые в радиоиммуноанализах и равновесный диализ анализах и может быть обнаруженопомощью амплификации в счетчиках гамма или рентгеновских пластинах , или Phosphorimager
  4. Анализы полимеразной цепной реакции, которые амплифицируют мишень ДНК (или РНК), а не сигнал
  5. Комбинированные методы. Анализы могут использовать комбинацию вышеуказанных и других методов амплификации для повышения чувствительности. например, иммуноферментный иммуноферментный анализ или EIA, иммуноферментный анализ .

Метод или технология обнаружения

В зависимости от характера системы обнаружения анализы могут основываться на:

  1. Колониеобразование или подсчет виртуальных колоний : например, путем размножения бактерий или пролиферирующих клеток.
  2. Фотометрия / спектрофотометрия Когда измеряется поглощение света определенной длины волны при прохождении через кювету с жидким исследуемым образцом через фиксированную длину пути, и поглощение сравнивается с холостым пробы и стандартами с градуированными количествами целевого соединения. Если излучаемый свет имеет определенную видимую длину волны, это может быть названо колориметрическим , или он может включать определенную длину волны света, например, с помощью лазера и излучения флуоресцентных сигналов другой конкретной длины волны, которые обнаруживаются с помощью оптических фильтров с очень специфической длиной волны.
  3. Пропускание света можно использовать для измерения, например, уменьшения непрозрачности жидкости, создаваемой взвешенными частицами из-за уменьшения количества комков во времяреакции агглютинации тромбоцитов.
  4. Турбидиметрия, когда непрозрачность прямого проходящего света, проходящего через жидкий образец, измеряется детекторами, расположенными прямо напротив источника света.
  5. Нефелометрия, при которой измерение количества светорассеяния, которое происходит, когда луч света проходит через раствор, используется для определения размера, и / или концентрации, и / или распределения по размерам частиц в образце.
  6. Рефлектометрия Когда оценивается цвет света, отраженного от (обычно сухого) образца или реагента, например, автоматические считывания анализов с помощью тест-полоски 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 сошников / импеданса
  9. Методы визуализации, которые включают анализ изображений вручную или с помощью программного обеспечения:
    1. Цитометрия : когда статистика размера клеток оценивается процессором изображения.
  10. Электрическое обнаружение, например амперометрия , вольтамперометрия , кулонометрия, может использоваться прямо или косвенно для многих типов количественных измерений.
  11. Другие анализы, основанные на физических свойствах, могут использовать
    1. Осмометр
    2. Вискозиметр
    3. Ионно-селективные электроды
    4. Синдромное тестирование

Типы анализов, основанные на измеряемых мишенях

ДНК

Анализы для изучения взаимодействий из белков с ДНК , включают:

Протеин

РНК

Подсчет клеток, анализы жизнеспособности, пролиферации или цитотоксичности

Анализ на клеточной подсчета может определить число живых клеток, количество погибших клеток, или отношение одного типа клеток к другому, например, нумерующее и набрав Red по сравнению с различными типами белых кровяных клеток . Это измеряется разными физическими методами (светопропускание, изменение электрического тока). Но другие методы используют биохимическое зондирование клеточной структуры или физиологии (окраски). Другое применение - мониторинг клеточной культуры ( анализы клеточной пролиферации или цитотоксичности ). Анализ цитотоксичности определяет, насколько токсично химическое соединение для клеток .

Загрязнения окружающей среды или пищевых продуктов

ПАВ

Другие клеточные анализы

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

Анализ метастазов

Нефтехимия

Вирусология

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

Тест Trofile используется для определения тропизма к ВИЧ .

Анализ вирусных бляшек предназначен для подсчета количества вирусов, присутствующих в образце. В этом методе подсчитывается количество вирусных бляшек, образованных вирусным инокулятом, по которому может быть определена фактическая концентрация вируса.

Клеточные выделения

С помощью метода ELISA можно обнаружить широкий спектр клеточных секреций (например, специфических антител или цитокинов ) . Количество клеток, которые секретируют эти конкретные вещества, можно определить с помощью родственного метода - анализа ELISPOT .

Наркотики

Качественный

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 их методологии, надежности и т.д. идентификация, амплификация и обнаружение), динамический диапазон обнаружения (обычно диапазон линейности стандартной кривой ), аналитическая чувствительность , функциональная чувствительность , аналитическая специфичность , положительные и отрицательные прогностические значения , время обращения, 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 проводят анализы для профессиональных целей, например, для медицинской диагностики и прогнозирование, анализ окружающей среды, судебно-медицинская экспертиза, фармацевтические исследования и разработки не должны rgo хорошо регулируемые процедуры обеспечения качества , включая валидацию методов , регулярную калибровку , аналитический контроль качества , проверку квалификации , аккредитацию испытаний, лицензирование испытаний, 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 убеждать клиентов использовать их анализ в коммерческих / профессиональных целях.

Список баз данных BioAssay

Базы данных по биоактивности

Биологическая активность баз данных коррелируют структуры или другую химическую информацию результатов биоактивности , взятую из биопроб в литературе, патентах и программы скрининга.

Имя Разработчики) Первый выпуск
СкрабХим Джейсон Брет Харрис 2016 г.
PubChem-BioAssay Национальные институты здравоохранения США  2004 г.
ЧЭМБЛ EMBL-EBI 2009 г.

Базы данных протоколов

Базы данных протоколов коррелируют результаты биологических анализов с их метаданными об условиях экспериментов и схемах протоколов.

Имя Разработчики) Первый выпуск
BioMetaData или BioAssay Express Совместное открытие лекарств 2016 г.
PubChem-BioAssay Национальные институты здравоохранения США  2004 г.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

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