(一)生物医学新技艺与仪表进境及在毒理学践行的前瞻
随着各种生物医学新技术和新方法的建立和改良,各种具有自动化、智能化、信息化、一体化特点的仪器设备在今天科研工作中已成为不可缺少的工具。如全自动血液分析仪、全自动生化分析仪、全自动病理工作系统、全自动酶标仪、流式细胞仪、液体闪烁仪、多媒体显微成像系统、毛细管电泳仪等等。这些自动化设备的应用改变了以往毒理学研究和检验的工作方式,极大地提高了检测的精确度、准确度和工作效率,使很多以前难以开展的研究和检验工作迎刃而解,同时也拓宽了毒理学研究发展的领域。如何把更多的现代高新科技仪器应用到毒理学研究和产品的安全性评价中,对毒理学科今后的发展是至关重要的。
当代生物医学新技术和新仪器的应用与毒理学发展21世纪的毒理学研究离不开新技术与新仪器的应用,目前在生物医学新技术中使用的新仪器很多,熟悉其功能及进展情况,可使我们在研究与检测中更好地应用,以促进学科的发展。通用仪器的技术进步与应用毒理学研究或试验中应用的主要仪器有: (1)传感器、微电脑和精密仪器制造等技术催生了电子天平的发明,它的出现对整个科技研究领域和人民生活的便利化可以说是革命性的进步。其准确快捷便利的性能可大大地提高工作效率,增加了实验数据的科学性、准确性。在配备和使用电子天平时,应注意其精度等级和最大称量值。目前新一代的天平已有多重应用功能,适应各种不同的要求,如精密称量精确度达到0 1 000 1 /0 1 000 01;动物测量功能,称活动的动物时可设定1~50 s自动计算平均重量;比重测量程式,除皮重程式,数据储存与统计功能,数据分项与汇集输出接驳电脑功能,使实验数据的采集分析达到准确高效。
移液器的发明,同样是极大地提高了实验工作效率,目前在实验使用的各种移液器的类型包括单通道、8通道、12通道的手动设定或电子设定式移液器等等,移液范围有0 1 2~5 000μL系列、0 1~200 mL系列,配液器移液范围有0 1 2~60 mL系列,滴定仪移液范围有0 1 01~99 1 99 mL系列。最新的专业化自动移液工作站在核酸抽提、PCR反应设定和扩增及测序等过程可实现全自动化操作。各种先进的离心机,如分析离心机,具备光学系统,用于鉴定、分析或制备样品;制备离心机,可分离、纯化或制备样品,可用于病毒及亚细胞组分分离,蛋白梯度分离, RNA梯度沉淀,质粒DNA提纯等,使各种实验材料的抽提分离达到新的水平。低速离心机的转速为8 000~10 000 r/m in,低温高速型18 000~2 000 r/min、低温超速型40 000~100 000 r/m in。不同的离心要求配备不同的转头,常用的有角度头、甩平头、垂直头和专用转头如酶标板头等。
超纯水仪:使用超纯水仪可以制备电阻率18 1 2 MΩ、总有机碳1~10μg/L的接近绝对的纯水,用于细胞和分子生物学研究,高精密度仪器用水等方面。通用仪器的精密度、准确性和便利性已有很大提高,应用于毒理学研究和检测可极大提高工作效率。临床指标检测的自动化技术毒理学研究或试验中主要应用的仪器主要有: (1)全自动生化分析仪,用于常规血清生化指标分析、特种蛋白和药物分析等。最新型号的仪器分析速度可达到恒速每小时800~8 000测试。其优越性能是样品及试剂的用量少,分析准确快速,计算机数据储存和处理系统功能强大。血液细胞分析仪,有三分类、五分类全自动血细胞计数仪,血液成分分析工作站。分析技术有电阻抗技术、光电比色技术、如荧光偏振技术、荧光染色技术、免疫化学技术、激光扫描技术等多方位联合技术。特别是带有52种动物血液分析软件包的仪器,十分适合毒理检测的需要。全自动酶标仪,连续波长一体化的全自动酶标仪实质上就是一台功能强大的光电比色计或分光光度计。由于其具有迅速、灵敏、成本低、样本量少及高通量等特点,目前作为免疫学检验仪器已在临床检验和科研上广泛应用,除了进行EL ISA实验外,可取代传统的分光光度计进行多种指标的检测。它的出现是临床实验室自动化程度继生化分析仪、血细胞计数仪之后的又一次更新和提高。
病理实验制片技术,正向微机自动控制发展,一整套病理实验系统的配备包括自动排风取材工作柜、自动控制切片机、快速冷冻切片机、电脑程控封闭式脱水机和染色机、组织包埋工作站、自动封片机、计算机辅助病理图像分析软件,使病理制片和分析的工作环境改善,工作强度大为减轻,工作效率大大提高。细胞生物学实验新仪器技术毒理学研究或试验中主要应用的仪器主要有: (1)生物显微镜自发明至今已经有三百多年历史,发展到现在已有多功能生物显微镜、倒置显微镜、荧光显微镜、立体显微镜、显微操作显微镜等多种类型。显微技术的进步不仅使显微镜的清晰度和分辨率达到完美,而且向多媒体显微成像分析技术迅速发展,可以分析细胞数目、形态特征、细胞功能。用于细胞遗传学分析的显微图像分析系统,还配备了自动扫描式图像采集分析功能,可进行染色体核型分析、荧光原位杂交( FISH)、比较基因杂交(CGH)和彗星分析等。最新的微光纤式活细胞激光共聚焦成像系统可实时观察活细胞的活动过程,为研究细胞的多方面结构与功能,提供了很好的手段。
电子显微镜的出现,使人类可以几万到几十万倍放大观察组织、细胞和细胞器。原子力显微镜( atomic force m i 2 croscope,AFM)是显微成像技术中发展最迅速的技术之一,能够在生理条件下成像,在分子水平上可实时动态地研究结构和功能关系的动力学过程,这在细胞生物学研究方面有重要的意义。流式细胞仪( flow cytometer, FCM) ,新一代的FCM具有双激光激发、能同时定量测定6个以上生物学参数,且可同步检测单个活细胞在细胞水平和分子水平变化的强大功能,而这种功能是当今其他仪器或实验手段都无法比拟的。用FCM分析各种混悬在液体的细胞或粒子的表型特征或细胞成分,大大拓宽了细胞生物学研究的领域。
FCM在研究外源化合物的细胞毒性和致癌分子机理方面显现出重要价值,并在毒理学多个分支如:免疫、遗传与发育、环境内分泌、神经毒理学等研究领域已得到广泛应用。酶联免疫斑点图像分析技术( EL ISPOT) ,该技术的基本原理类似EL ISA,即记忆性T淋巴细胞在再次遇到特异性抗原时可活化分泌细胞因子,被包被在培养板上特异性细胞因子抗体捕获后,再加入酶标或荧光标记的二抗,显色或激发后可形成带有颜色或荧光的产物―斑点,每个斑点是激活的淋巴细胞分泌的细胞因子区,代表一个激活的淋巴细胞。因此可在单个细胞解析度水平测量抗原特异性T细胞对特征抗原的反应能力及计数其刺激下分泌性淋巴细胞产生的情况。
近年来, EL ISPOT技术的应用越来越广泛,已成为免疫学的重要实验方法,特别是在靶向疫苗的研究和质控、化合物和药物免疫学反应的筛选中应用较多。分子生物学新技术新仪器一些常用的分子生物学技术,如基因重组和克隆技术、电泳技术、核酸杂交技术、PCR技术、DNA测序技术以及一系列突变检测技术已广泛应用于外来化学物和环境致癌物引起的DNA损害、基因突变、加合物形成、基因多态、癌基因和抑癌基因的检测,数量逐年增加。近年来,一些新的分子生物学技术的引进与建立,又进一步提高了毒理学研究的整体水平。主要有: (1)高效核酸纯化系统:基于固相阴离子交换技术和磁珠技术的原理使核酸制备工作更简便、安全和高效,可应用于大批量的毒理学样品检测。http://www.grainyq.com
