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简单介绍一下关于药物高通量筛选技术的知识一.概念高通量筛选(High throughput screening,HTS)技术是指以分子水平和细胞水平的实验方法为基础,以微板形式作为实验工具载体,以自动化操作系统执行试验过程,以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据,以计算机对实验数据进行分析处理,同一时间对数以千万样品检测,并以相应的数据库支持整个体系运转的技术体系。二. 高通量筛选技术体系的组成1. 化合物样品库化合物样品主要有人工合成和从天然产物中分离纯化两个来源。其中,人工合成又可分为常规化学合成和组合化学合成两种方法。2.自动化的操作系统自动化操作系统利用计算机通过操作软件控制整个实验过程。操作软件采用实物图像代表实验用具,简洁明了的图示代表机器的动作。自动化操作系统的工作能力取决于系统的组分,根据需要可配置加样、冲洗、温解、离心等设备以进行相应的工作。3.高灵敏度的检测系统检测系统一般采用液闪计数器、化学发光检测计数器、宽谱带分光光度仪、荧光光度仪等。4.数据库管理系统数据库管理系统承担4个方面的功能: 样品库的管理功能;生物活性信息的管理功能; 对高通量药物筛选的服务功能; 药物设计与药物发现功能。三. 高通量筛选模型常用的筛选模型都在分子水平和细胞水平,观察的是药物与分子靶点的相互作用,能够直接认识药物的基本作用机制。1. 分子水平的药物筛选模型:受体筛选模型;酶筛选模型;离子通道筛选模型1.1受体筛选模型:指受体与放射性配体结合模型。以受体为作用靶的筛选方法,包括检测功能反应、第二信使生成和标记配体与受体相互作用等不同类型。1.2酶筛选模型:观察药物对酶活性的影响。根据酶的特点,酶的反应底物,产物都可以作为检测指标,并由此确定反应速度。典型的酶筛选包括1) 适当缓冲液中孵化;(2)控制反应速度,如:温度,缓冲液的pH值和酶的浓度等;(3)单时间点数器, 需测量产物的增加和底物的减少。1.3离子通道筛选模型: (1)贝类动物毒素的高通量筛选,其作用靶为Na+通道上的蛤蚌毒素结合位点,用放射性配体进行竞争性结合试验考察受试样品。(2)用酵母双杂交的方法高通量筛选干扰N型钙通道β3亚单位与α1β亚单位相互作用的小分子,寻找新型钙通道拮抗剂。2.细胞水平药物筛选模型观察被筛样品对细胞的作用,但不能反映药物作用的具体途径和靶标,仅反映药物对细胞生长等过程的综合作用。包括: 内皮细胞激活; 细胞凋亡; 抗肿瘤活性; 转录调控检测; 信号转导通路; 细菌蛋白分泌; 细菌生长。四.问题及展望高通量筛选技术与传统的药物筛选方法相比有以下几个优点:反应体积小;自动化;灵敏快速检测;高度特异性。但是,高通量筛选作为药物筛选的一种方法,并不是一种万能的手段,特别是在中药研究方面,其局限性也是十分明显的。首先,高通量筛选所采用的主要是分子、细胞水平的体外实验模型,因此任何模型都不可能充分反映药物的全面药理作用;其次,用于高通量筛选的模型是有限的和不断发展的,要建立反映机体全部生理机能或药物对整个机体作用的理想模型,也是不现实的。但我们应该相信,随着对高通量筛选研究的不断深入,随着对筛选模型的评价标准、新的药物作用靶点的发现以及筛选模型的新颖性和实用性的统一,高通量筛选技术必将在未来的药物研究中发挥越来越重要的作用。
近日,清华大学精密仪器系尤政教授团队提出了基于点阵激光激发方法的高通量流式成像方法。该方法可实现低成本、高可扩展性的成像流式细胞仪,而且首次验证了全光谱成像流式技术。相关成果以“Imaging flow cytometry using linear array spot excitation”为题在期刊《Device》上发表,并被选为当期封面文章。[align=center][img=c26a7468c0a13da42a1780598874882f_640_wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1.png]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/c494041c-314c-47ad-9e5d-2f92c66f26b9.jpg[/img][/align][color=#c00000][b]研究背景与成果[/b][/color]流式和显微镜是细胞检测的两个基本工具。流式技术具有高通量和丰富的分子检测信息,但缺乏细胞形态信息;相反,荧光显微镜可以提供细胞影像信息,但检测通量低,难以获取足够的样本数据进行统计分析。自流式细胞仪问世以来,其发展趋势一直在于保持高检测通量的同时增加更多信息维度,例如空间形态信息或光谱信息,以实现更准确的细胞分析或分选。成像流式技术是一种整合了流式细胞仪高检测通量和荧光显微镜空间分辨能力的仪器。然而,由于成像通量、分辨率和检测灵敏度之间的基本矛盾,现有的成像流式技术通常采用复杂的光路系统、复杂的图像重构算法,同时成像可扩展性也很有限。这使得成像流式细胞仪难以达到像传统流式细胞仪那样的高检测通道数,并且其高昂的技术成本限制了应用范围。为解决这些问题,清华大学精仪系尤政教授课题组提出了一种基于点阵激光激发的成像方法,即Linear spot array excitation(LASE)。该方法的核心思想是使用点阵结构光斑替代传统流式细胞仪中的椭圆或条状光斑,从而赋予流式细胞仪成像能力。[align=center][img=图片]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/2a51cd6f-84e6-460b-8bec-791da44f9167.jpg[/img][/align][align=center]图1:点阵激光激发成像原理示意图[/align]图1展示了该成像方法的工作原理。在检测区域中,激发光斑呈一串等间隔的点阵光斑,由衍射光学器件生成,光斑间隔大于细胞大小,并且其排列直线与细胞运动直线呈一定的小角度。当细胞依次通过照明光斑时,将产生一串荧光和散射光信号。在图像重构阶段,只需通过信号的分割和重组即可重建细胞图像。该方法具有实现简单、实时重建的优势,并且与现有流式细胞仪光路结构兼容,因此具有良好的可扩展性,能够在高检测通量的基础上,同时实现多激光、多荧光通道以及无标记成像。[color=#c00000][b]技术成果展示[/b][/color][align=center][img=图片]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/f7c2ba0d-80b1-411e-8e3f-9420cb746c2c.jpg[/img][/align][align=center]图2. 双激光五通道成像流式系统[/align][align=center][img=图片]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/965bb49f-6bb0-4cc3-95fc-0151b53c32e8.jpg[/img][/align][align=center]图3.细胞器进行成像与细胞周期研究[/align]本研究利用基于LASE成像方法构建了一个成像系统,具备2色激光(488nm/638nm)和5个成像通道(明场、FITC、PE、PI、APC),如图2A所示。该系统经验证在30×30μm的成像视场下,具有1.3μm的空间分辨率。当细胞样本以5m/s的流速经过探测区域后,系统能够进行无标记的明场成像和荧光成像,且不会出现运动模糊,成像通量最高可达每秒5000个细胞每秒。该系统不仅能够对细胞中的细胞器结构进行成像(见图3A),而且可以在多个荧光波段下,实现对不同细胞结构的同时成像(见图3B)。在生物学应用中,图像被广泛视为金标准,因为它能够为细胞分析提供更为丰富和准确的信息,从而更细致准确地进行细胞分型。举例来说,通过图像,可以在传统流式基础上更进一步区分细胞周期M期的细胞核形态,如图3C所示。[align=center][img=图片]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/bb721d89-7acb-43ad-9181-552afeb94d76.jpg[/img][/align][align=center]图4. 32通道全光谱成像流式验证[/align]得益于LASE成像方法的高度可扩展性,本论文将成像荧光信号引入一个基于棱镜色散的32通道光谱仪中,初步验证了全光谱成像流式细胞仪的可行性。该系统在保持每秒5000个细胞的检测速度通量的同时,能够同时在32个光谱通道上对细胞进行成像。借助光谱分解算法,可以有效解决多染料检测实验中染料光谱混叠效应的问题,将成像流式细胞仪的理论可检测染料数扩展至30以上的量级。这将大大提高成像流式细胞仪给单细胞分析带来的信息量。[color=#c00000][b]成果优势[/b][/color]该研究提出的点阵激光激发的成像方法,具有以下优势:1、系统简单:采用衍射器件在传统流式细胞仪基础上进行光斑整形,即可实现高通量成像功能,相较于已有成像流式技术,具备显著的成本优势。2、图像重建复杂度低:可实现实时重建,进一步可用于基于图像的实时细胞分选。3、可扩展性强:该技术可搭配多个激光和更多的检测通道,也可结合光谱检测实现全光谱成像,使成像流式细胞仪达到与传统流式细胞仪和光谱流式细胞仪相当的可检测标记数量。该技术提供的高通量和信息量将有效为细胞病理学、多组学、药物筛选、液体活检、单细胞测序等研究领域提供高质量的数据。[b]该研究的第一完成单位为清华大学精密仪器系。中国工程院院士、清华大学精密仪器系教授尤政,斯坦福大学研究科学家赵精晶(原精仪系博士生)为该论文的共同通讯作者。[/b]精仪系博士毕业生韩勇、赵精晶为该文的共同第一作者。精仪系博士毕业生晁子翕、焦泽衡,精仪系博士生张驰、姜凌奇等为该论文共同作者。该研究得到了国家自然科学基金、生物医学检测技术及仪器北京实验室的资助。论文链接:[url]https://www.cell.com/device/fulltext/S2666-9986(23)00183-7#secsectitle0070[/url][align=right](文:清华大学精密仪器系)[/align][来源:仪器信息网] 未经授权不得转载[align=right][/align]
破碎大量样品、低温破碎大量样品、破碎坚硬或韧性较强的样品时,人工手动研磨就成了实验猿的噩梦。当然,也有很多实验猿已经尝试过市面一些研磨机/超声波粉碎机,发现自己那顽固的样品依然无法被完全破碎/破碎过程损坏了目标成分而十分心塞。 分享个高通量高效破碎动植物组织和微生物的方法,别逗,当然不是靠徒手研磨能做到的,必须入手个神器——tissuelyser系列和JXFSTPRP系列多样品组织研磨机。对于动植物组织和微生物,包括一些难以破碎的组织样品,都可以使用这个研磨机对其进行完全粉碎。 特别地,一些尤其坚硬/韧性比较强的样品,或要求维持低温条件进行破碎提取的样品,需要结合液氮进行研磨,如:皮肤、硬骨骼、软骨、血管、结缔组织、种子等;使用普通机械研磨方法,很难既保证研磨破碎效果又保证样品一直处于低温状态,尤其是提取RNA、酶等对温度敏感的物质时,低温状态的控制显得尤为关键。入手一台上海净信的多样品组织研磨机,这些都不再是问题了。看招:注:由于样品的具体差异及实验要求的不同,下文数据部分请咨询厂家。第一部分 破碎动物组织1)样品:猪肌肉组织2)仪器:Tissuelyser多样品组织研磨机(品牌:上海净信);耗材:***毫升离心管和直径***毫米的研磨钢珠3)步骤:a.取***克左右肌肉组织样品,均匀地剪切成少量样品块,分别放入若干***毫升的研磨离心管中。b.每个试管中放入***颗直径***毫米的研磨钢珠和800μLPBS裂解液,分别盖紧管盖后,置入24孔研磨适配器中,再将适配器固定在研磨机中。c.将Tissuelyser多样品组织研磨机的参数设置为***赫兹,研磨***秒,启动研磨器。d.研磨完全停止后,拿出研磨离心管,旋开管盖,取出研磨好的肌肉组织样品。4)结果:研磨后的效果如图1,猪肌肉组织成很细腻的泥浆状,说明Tissuelyser多样品组织研磨机对猪肉组织的研磨效果良好。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/05/201505150947_546190_3397_3.jpg图1 猪肌肉研磨对比第二部分 破碎植物组织1)样品:水稻叶片2)仪器: Tissuelyser多样品组织研磨机(品牌:上海净信);耗材:***毫升离心管和直径***毫米的研磨钢珠3)步骤:a.取***克左右叶片组织样品,均匀地剪切成少量样品块,分别放入若干***毫升的研磨离心管中。b.每个试管中放入***颗直径***毫米的研磨钢珠,分别盖紧管盖后,置入24孔研磨适配器中,再将适配器固定在研磨机中。c.将Tissuelyser多样品组织研磨机的参数设置为***赫兹,研磨***秒,启动研磨器。d.研磨完全停止后,拿出研磨离心管,旋开管盖,取出研磨好的叶片组织样品。4)结果:研磨后的效果如图2,叶片组织成很细腻的泥浆状,说明Tissuelyser多样品组织研磨机对叶片组织的研磨效果良好。顺带附上研磨黄豆(坚硬的植物种子)的研磨对比图。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/05/201505150948_546191_3397_3.jpg图2 水稻叶片研磨对比http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/05/201505150948_546192_3397_3.jpg图3 黄豆研磨对比第三部分 结合液氮使用tissuelyser研磨机 当样品死活无法破碎完全/样品傲娇要低温环境时,Tissuelyser多样品组织研磨机+液氮=问题轻松解决。以血管和植物叶片为例,具体操作方法如下: 血管: 取0.1克新鲜血管,用剪刀剪成若干小块,然后放入2毫升离心管中,加入1颗6mm研磨钢珠,盖上管盖。将整个试管放入液氮中冷冻1分钟左右或直到液氮不沸腾,然后放入机器处理30秒钟。取出样品管可见样品被破碎成乳白色粉末,然后加入提取缓冲液,可以进行接下来的后续提取,加入缓冲液之前能保证样品温度一直处于-20℃以下。 叶片: 取0.2克植物叶片,清洁叶片表面后放入离心管中,加入1颗直径5mm不锈钢研磨钢珠,盖上管盖。将整个试管和适配器放入液氮中冷冻1分钟左右或直到液氮不沸腾,然后取出放入研磨机器中机器处理30秒钟。取出样品管可见叶片被破碎成绿色粉末,然后加入提取缓冲液,进行接下来的后续提取即可,加入缓冲液之前能保证样品温度一直处于-20℃以下。后记 想入手这个神器,但又对研磨效果有所犹疑的小伙伴,现在上海净信部分研磨机产品可申请试用,是时候下手了。激动人心的还有,近期研磨机好价,试用爽了直接入手一台也是毫不含糊的。