几种常用生物活性测试方法简介

几种常用生物活性测试方法简介第一页，共36页。几种常用生物活性测试方法简介第二页，共36页。2总结3分子水平活性测试方法1CONTENTS细胞水平活性测试方法第三页，共36页。等温滴定量热法(IsothermalTitrationCalorimetry,ITC)是近年来发展起来的一种研究生物热力学与生物动力学的重要方法，它通过高灵敏度、高自动化的微量量热仪连续、准确地监测和记录一个变化过程的量热曲线，原位、在线和无损伤地同时提供热力学和动力学信息。IsothermalTitrationCalorimetry(ITC)基本原理：Q=

△HoxVx[H.G]

=△HoxVxx[H]o

Ka[G]1+Ka[G]△Go=-RTlnKa△Go=△Ho-T△So注：H为受体（主体），G为配体（客体），Ka为结合常数△Go为Gibbs自由能变化，△Ho

为焓变，△So为熵变第四页，共36页。受体-配体复合物的形成伴随着能量的释放或吸收，导致样品池温度的变化，参比池始终保持在实验温度，反馈系统提供热或降低热量来补偿样品池的温度变化，每注射一次后系统恢复至平衡状态再进行下一滴滴定。结果以峰的形式表示平衡温度偏移所需要的能量，峰的面积相当于反应释放或吸收的热量。ITC仪结构示意图IsothermalTitrationCalorimetry(ITC)ITC是一种热量连续变化的量热器。主要由隔热夹套包裹着的样品池(反应池)和参比池、注射器和一台计算机组成，注射器同时具有搅拌作用，计算机控制温度控制装置和信息反馈系统。MethodsInCellBiology,2008,84,79.第五页，共36页。IsothermalTitrationCalorimetry(ITC)ITC数据图

JournalofMolecularRecognition.2008,21,289.左图：横坐标：时间纵坐标：热功率峰底与峰尖之间的峰面积为每次注射时释放或吸收的总热量。

右图：横坐标：滴定物与样品溶液的摩尔比纵坐标：滴定产生的总热量反应过程的结合等温曲线第六页，共36页。ITC独特之处：样品用量小，方法灵敏度和精确度高。最小可检测热效应0.125uJ，生物样品最小用量0.4ug，滴定池体积1.43ml实验时间较短。典型的ITC实验只需30-60分钟，并加上几分钟的响应时间。操作简单。整个实验由计算机控制，使用者只需输入实验的参数，如温度、注射次数、注射量等，计算机就可以完成整个实验，再由软件分析ITC得到的数据。量热实验完毕的样品未遭破坏，还可以进行后续生化分析。ITC的用途：

获得生物分子相互作用的完整热力学参数，包括结合常数(Ka)、结合位点数(n)、摩尔结合焓(△H）、摩尔结合熵（

△S）、摩尔恒压热容（

△Cp），和动力学参数(如酶活力（Kcat）、酶促反应米氏常数(Km))

。可以应用于蛋白质-蛋白质相互作用、蛋白质折叠/去折叠、蛋白质-小分子相互作用、酶-抑制剂相互作用、酶促反应动力学、药物-DNA/RNA相互作用、RNA折叠、蛋白质-核酸相互作用、核酸-小分子相互作用、核酸-核酸相互作用、生物分子-细胞相互作用等方面。IsothermalTitrationCalorimetry(ITC)第七页，共36页。surfaceplasmonresonance,SPR表面等离子共振（SPR）原理消逝波：当入射光到达界面时并不是直接产生反射光，而是先透过光疏介质约一个波长的深度，再沿界面流动约半个波长再返回光密介质，透过光疏介质的波被称为消逝波。等离子波：当金属受电磁干扰时，金属内部的电子密度分布会变得不均匀。因为库仑力的存在，电子不会在引力与斥力的平衡位置停下而向前运动一段距离，之后电子间存在的斥力会迫使已经聚集起来的电子再次离开该区域。由此会形成一种整个电子系统的集体震荡，而库仑力的存在使得这种集体震荡反复进行震荡，并以波的形式表现。第八页，共36页。surfaceplasmonresonance,SPR表面等离子共振原理光在棱镜与金属膜表面上发生全反射现象时，会形成消逝波进入到光疏介质中与介质中存在一定的等离子波相遇时可能会发生共振。当消逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光强会大幅度地减弱。SPR角：反射光完全消失的角。SPR角随金属表面折射率变化而变化，而折射率的变化又与金属表面结合的分子质量成正比。可通过

SPR角的变化捕获生物反应过程中生物分子之间相互作用的特异信号，对待测物质进行测定直接测量反应平衡常数Ka，解离平衡常数Kd

等。第九页，共36页。surfaceplasmonresonance,SPR将待测分子键合在生物传感芯片表面，使其形成分子敏感膜，再将分析物分子溶液注入，使其以恒定流速流过芯片表面，如果两者通过相互作用而结合，则将引起生物传感器表面质量的增加，导致传感器表面折射率的变化，从而引起SPR角的改变。SPR被广泛应用于分析生物分子如蛋白质-蛋白质、药物-蛋白质、蛋白质-核酸、核酸-核酸之间的相互作用，所涉及的研究领域包括免疫学、蛋白质组学及药物筛选等。.2008,11,28.第十页，共36页。surfaceplasmonresonance,SPRSPR的优点：可以实时、连续监测反应的动态过程，灵敏度较高

。可实时记录反应的结合与解离过程。每次检测结束后，结合在金属膜芯片上的反应物可以用洗脱液洗脱使芯片再生，可重复使用，节约耗材。可以得到高通量数据。SPR的缺点：待测物在金属薄膜表面的固定：由于生物大分子本身理化性质的复杂性，空间结构的特殊性，偶联结果可能导致偶联物特异作用位点的失活。分析物在金属薄膜表面的结合：难以区分非特异性结合，若分析物在芯片表面是非特异性结合，会给整个实验带来干扰，造成错误的结论。待测物的分子大小：适用于生物大分子，小分子的质量变化对折射率变化不明显，因此会给小分子待测物的检测造成困难。动态范围过小：对温度、样品组成、金属薄膜要求高。第十一页，共36页。分子水平活性测试方法特点SPRITC固定化需要不需要结果动力学动力学和热力学得到数据Ka,KdKa,，△H、△Cp运行时间2~10min30~60min分子质量>1000无限制样品量约1mg最小含量0.4ug温度15~40℃2~80℃溶剂非强有机溶剂无限制耗材芯片试剂药物筛选适用不适用SPR与ITC功能特性对比第十二页，共36页。Time-resolvedfluorescenceenergytransfer

(TR-FRET)

FRET原理传统FRET技术容易受样品组分(缓冲液，蛋白，化学物质及细胞裂解产物等)背景荧光信号的影响。时间分辨通过去除寿命较短的背景，分辨目的荧光。通过使用供体和受体荧光团标记，TR-FRET检测将时间分辨(TR)和荧光共振能量转移(FRET)原理的优势结合到了一起。J.Biomol.Screen.2015,7,4.第十三页，共36页。镧系元素（铕Eu和铽Tb）半衰期长(us-ms)，将Eu纳入立体笼中，形成稳固复合体，笼收集光将能量转移到Eu上。Eu永久性嵌合穴状口袋（非螯合作用）耐受性好，对温度，光强，PH，离子强度变化影响较小。不易受化学物质干扰，如EDTA，二价离子（Mg2+，Mn2+）等。持续激活后没有光漂白现象,可以多次读数，从而进行动力学实验。镧系元素的半衰期大于1毫秒，与普通荧光纳秒级的半衰期相差6个数量级。当延迟50微秒读数时，普通荧光的信号近似于零。检测的发射光中没有来自于激发波长的干扰。J.Phys.Chem.C,2008.17,112.

铕穴状化合物的激发和发射光谱Time-resolvedfluorescenceenergytransfer

(TR-FRET)

Stokesshift>300nm第十四页，共36页。Time-resolvedfluorescenceenergytransfer

(TR-FRET)

DonorExcitation⇒Emissionλ(nm)AcceptorExcitation⇒Emissionλ(nm)StokesShift(nm)(donorexcitation⇒acceptoremission)Europium3+340⇒615Allophycocyanin（APC）615⇒660320Terbium3+340⇒545Phycoerythrin（Phy）545⇒575235

J.Phys.Chem.C.2013,112,6589.Whenthesetwofluorophoresarebroughttogetherbyabiomolecularinteraction,aportionoftheenergycapturedbytheEuropiumduringexcitationisreleasedthroughfluorescenceemissionat620

nm,whiletheremainingenergyistransferredtotheAPC.ThisenergyisthenreleasedbyAPCasspecificfluorescenceat660

nmonlyviaFRETwithEuropium.第十五页，共36页。GeneralFormatForFRETTime-resolvedfluorescenceenergytransfer

(TR-FRET)

J.Biomol.Screen.2015,7,4.PD1-PDL1bindingassay第十六页，共36页。1.根据需要，使用1XBRDTR-FRETAssayBuffer分别将成分Eu-labeleddonor和

dye-labeledacceptor

(带straptavidin标记）

100倍稀释；2.向384孔板中，每孔加入稀释好的Eu-labeleddonor和dye-labeledacceptor各2.5ul；3.向每孔中加入一定量的化合物，阳性对照组加入对应体积的DMSO；振荡反应1min；4.根据需要，使用1XBRDTR-FRETAssayBuffer将组分BETBromodomain40倍稀释。分别向化合物检测组和阳性对照组加入稀释好的BETBromodomain2.5ul每孔；5.根据需要，使用1XBRDTR-FRETAssayBuffer将组分acetylatedLigand1（带Biotin标记）

40倍稀释。向阴性对照组加入稀释好的BETBromodomain2.5ul每孔；6.每孔加入一定量的BRD4bromodomain，保证每个反应体系中含有4.5ng含量的酶。7.室温静置反应1h后，测值340/665nm。Time-resolvedfluorescenceenergytransfer

(TR-FRET)

BDR4相关化合物TR-FRET活性测试方法[BRD4(BD1)TR-FRETAssayKit购买自BPSBioscience公司][(620/670nmCayman]第十七页，共36页。enzyme-linkedimmunosorbentassay(ELISA)可用于测定抗体，也可用于检测抗原。根据检测目的和操作步骤不同，有以下几种类型：直接法间接法

双抗体夹心法

竞争法酶联免疫吸附试验(enzyme-linkedimmunosorbentassay,ELISA)基本原理是先将已知的抗体或抗原结合在某种固相载体上，并保持其免疫活性。测定时，将待检标本和酶标抗原或抗体按不同步骤与固相载体表面吸附的抗体或抗原发生反应。用洗涤的方法分离抗原抗体复合物和游离成分。然后加入酶的作用底物催化显色，进行定性或定量测定。第十八页，共36页。enzyme-linkedimmunosorbentassay(ELISA)直接法（DirectELISA）间接法（IndirectELISA）将已知抗原吸附于固相载体，加入待检标本(含相应抗体)与之结合。洗涤后，加入酶标抗球蛋白抗体(酶标抗抗体)和底物进行测定。检测抗体最常用的方法。第十九页，共36页。双抗夹心法（SandwichELISA）enzyme-linkedimmunosorbentassay(ELISA)将已知抗体吸附于固相载体．加入待检标本(含相应抗原)与之结合。温育后洗涤，加入酶标抗体和底物进行测定。（竞争法CompetitiveELISA）可用于抗原和半抗原的定量测定，也可用于测定抗体。以测定抗原为例．将持异性抗体吸附于固相载体；加入待测抗原和一定量的酶标已知抗原，使二者竞争与固相抗体结合；经过洗涤分离，最后结合于固相的酶标抗原与待测抗原含量呈负相关。第二十页，共36页。enzyme-linkedimmunosorbentassay(ELISA)在ELISA法中，底物被酶裂解后，能生成可溶性有色产物，适合用分光光度计(酶标仪)测量光密度值，以定量测定样品中待测抗原或抗体的含量。ELISA常用的酶及其底物

酶来源底物/供氢体呈色测量方法辣根过氧化物酶（HRP）辣根H2O2

/四甲基联苯胺（TMB）蓝色450

nmH2O2

/邻苯二胺（OPD）橙色490

nm碱性磷酸酶（AP）小牛肠粘膜大肠杆菌对硝基苯磷酸盐（PNP）黄色405

nmH2O2+Donor

2

H2O+OxidizeddonorHRP/AP第二十一页，共36页。1.Integrin

α6β1蛋白

5µg/ml，50µl/孔，4ºC固定过夜；（包被Coating）

2.PBS

250µl/孔

冲洗3次；（封闭Blocking）

3.加入上述多肽，其中CRWY-biotin

工作浓度为0.00005mol/L，体积为50µl。阻断肽为0.0005mol/L，50µl；

4.室温结合1小时；

5.HEPES冲洗6次，250µl/次；

6.加入HRP-straptavidin

1：3000，室温1小时；

7.HEPES冲洗6次，250µl/次；

8.加入50µl

TMB，观察显色效果；

9.加入100µl

0.5M

H2SO4终止反应，450nm测OD值。enzyme-linkedimmunosorbentassay(ELISA)ELISA测试CRWY修饰肽与整合素α6的亲和力实验方法竞争法BAS-ELISA第二十二页，共36页。2总结3分子水平活性测试方法1CONTENTS细胞水平活性测试方法第二十三页，共36页。检测原理为活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能使外源性MTT还原为水不溶性的蓝紫色结晶甲瓒(Formazan)并沉积在细胞中，而死细胞无此功能。DMSO能溶解细胞中的甲瓒，用酶标仪在540或720nm波长处测定其光吸收值，可间接反映活细胞数量。在一定细胞数范围内，MTT结晶形成的量与细胞数成正比。用于检测细胞增殖、细胞毒性。MTT是一种粉末状化学试剂，全称为3-(4,5)-dimethylthiahiazo(-z-y1)-3,5-di-phenytetrazoliumromide，化学名为3-(4，5-二甲基噻唑-2)-2，5-二苯基四氮唑溴盐。商品名：噻唑蓝，是一种黄颜色的染料。MTT第二十四页，共36页。MTT1.将接种好的细胞培养板放入培养箱中培养，,加入浓度梯度的药物,一般5-7个梯度,每孔100ul,设3-5个复孔。2.5%CO2，37℃孵育16-48小时。3.每孔加入10ulMTT溶液（5mg/ml，即0.5%MTT），继续培养4h。4.终止培养，准备溶解结晶，测试吸光度。第一种，DMSO溶解MTT加入培养4h后，结晶可充分形成，将细胞上清去掉。每孔加入150ul二甲基亚砜，置摇床上低速振荡10min，使结晶物充分溶解。酶标仪测OD570nm处测量各孔的吸光值。第二种：三联溶解液该方法细胞上清可以不用去掉，直接在每孔加入100ul溶解液。（溶解液因含有SDS，在低温保存的时候易产生结晶，因此在用之前必须提前几小时拿至室温，将SDS结晶全部溶解后再使用。）放入培养箱中继续孵育4—6小时，镜下观察，待结晶全部溶解后570nm测吸光度。MTT一般操作方法第二十五页，共36页。MTT的缺点：由于MTT经还原所产生的甲瓒产物不溶于水，需被溶解后才能检测。不仅使工作量增加，也会对实验结果的准确性产生影响。MTT有致癌性。MTT对菌很敏感，配成的MTT需要无菌保存。可靠度和灵敏度易受细胞容积、氧化还原剂、有色物质等因素干扰。MTTMTT的优点：不涉及使用同位素；使用试剂少，仪器简单，耗时少；线性范围宽；适用于大量抗癌药物的筛选。第二十六页，共36页。CellCountingKit-8（CCK-8）基本原理：该试剂中含有WST-8【化学名：2-(2-甲氧基-4-硝基苯基)-3-(4-硝基苯基)-5-(2,4-二磺酸苯)-2H-四唑单钠盐】，它在电子载体1-甲氧基-5-甲基吩嗪鎓硫酸二甲酯（1-MethoxyPMS）的作用下被活细胞中的脱氢酶还原为具有高度水溶性的黄色甲瓒产物（Formazandye）。生成的甲瓒物的数量与活细胞的数量成正比。第二十七页，共36页。CCK8的优点：使用方便，省去了洗涤细胞，不需要放射性同位素和有机溶剂；CCK-8法能快速检测；CCK-8法的检测灵敏度很高，可以测定较低细胞密度；CCK-8法的重复性优于MTT法；CCK-8法对细胞毒性小；CCK-8细胞活性检测试剂中为1瓶溶液，毋需预制，即开即用。CellCountingKit-8（CCK-8）CCK8的缺点：与MTT法相比，CCK8的价格比较贵。CCK8试剂的颜色为淡红色，与含酚红的培养基颜色接近，不注意的话容易产生漏加或多加。第二十八页，共36页。1、各种癌细胞系按适宜的细胞浓度，50uL/孔体积铺板384孔板，37℃培养过夜，处理。2、化合物稀释:先将化合物用DMSO溶解成10mM储存液，并用DMSO3倍梯度稀释成10个浓度梯度，成1000×化合物系列浓度储存液，再转移至化合物转移仪器适配384PP板中备用。3、利用化合物转移仪器LiquidHandlerEcho520将1000×系列浓度化合物转移至癌细胞384孔板的相应孔中，每孔50nL，空白对照孔加入50nLDMSO。轻柔混匀，37℃继续培养。4、72小时后加入CCK8细胞增殖—毒性检测试剂，3uL/孔，37℃孵育2小时。然后用酶标仪检测450nm光吸收强度。CellCountingKit-8（CCK-8）BDR4相关化合物抗癌细胞活性体外筛选方法第二十九页，共36页。检测方法MTT法XTT法WST-1法CCK8法甲臢产物的水溶性差（需加有机溶剂溶解）好好好产品性状粉末2瓶溶液溶液1瓶溶液使用方法配成溶液后使用现配现用即开即用即开即用检测灵敏度高很高很高高检测时间较长较短较短最短检测波长560-600nm420-480nm420-480nm430-490nm细胞毒性高，细胞形态完全消失很低，细胞形态不变很低，细胞形态不变很低，细胞形态不变试剂稳定性一般较差一般很好批量样品检测可以非常适合非常适合非常适合便捷程度一般便捷便捷非常便捷细胞水平活性测试方法检测细胞增殖/毒性测试方法比较第三十页，共36页。SulforhodamineB（SRB）SRB（即磺酰罗丹明B，Sulfor