Thử nghiệm sinh học sản phẩm tự nhiên

Thử nghiệm sinh học sản phẩm tự nhiên là một thử nghiệm đo lường tác dụng sinh học của một chiết xuất, phân đoạn hoặc hợp chất tinh khiết trên một hệ thống sống — tế bào, enzyme, vi sinh vật hoặc toàn bộ sinh vật. Các thử nghiệm sinh học là động lực của việc khám phá sản phẩm tự nhiên: chúng phát hiện hoạt tính, thúc đẩy việc phân lập hợp chất chịu trách nhiệm và định lượng hiệu lực của nó.

Definition

Thử nghiệm sinh học là một quy trình thực nghiệm xác định sự hiện diện, nồng độ hoặc hiệu lực của một chất có hoạt tính sinh học bằng cách đo lường tác dụng của nó trên một hệ thống sống hoặc chế phẩm sinh học, được thể hiện thông qua mối quan hệ đáp ứng liều lượng.

Scope

Mục này bao gồm vai trò của các thử nghiệm sinh học trong việc phân lập có hướng dẫn hoạt tính sinh học, các định dạng thử nghiệm chính (thử nghiệm dựa trên mục tiêu và tế bào in vitro và mô hình in vivo), các ý tưởng hiệu suất chính như đáp ứng liều lượng và định lượng hiệu lực, và những thách thức thực tế của việc sàng lọc các hỗn hợp tự nhiên phức tạp. Đây là một tài liệu tham khảo về phương pháp luận, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Hoạt tính sinh học được phát hiện như thế nào trong một chiết xuất tự nhiên phức tạp?
• Định dạng thử nghiệm nào phù hợp nhất với hoạt tính đang được nghiên cứu?
• Hiệu lực được định lượng và so sánh giữa các hợp chất như thế nào?
• Làm thế nào để phân biệt các vật phẩm giả và các chất gây nhiễu với hoạt tính thực sự?

Key concepts

• Phân đoạn có hướng dẫn hoạt tính sinh học
• Mối quan hệ đáp ứng liều lượng
• Các phép đo hiệu lực IC50 / EC50
• Thử nghiệm dựa trên mục tiêu so với kiểu hình
• Sàng lọc thông lượng cao
• Nhiễu thử nghiệm và dương tính giả
• Hiệp đồng và hiệu ứng kết hợp

Mechanisms

Một thử nghiệm sinh học cho một hệ thống sinh học tiếp xúc với một chất thử nghiệm trên một loạt các nồng độ và ghi lại một phản ứng có thể đo lường được, tạo ra một đường cong đáp ứng liều lượng từ đó hiệu lực (chẳng hạn như IC50 hoặc EC50) được ước tính. Trong công việc về sản phẩm tự nhiên, các thử nghiệm sinh học hướng dẫn phân đoạn: một chiết xuất hoạt động được tách ra và mỗi phân đoạn được thử nghiệm lại, thu hẹp xuống thành phần hoạt động tinh khiết. Các định dạng thử nghiệm bao gồm từ các thử nghiệm enzyme cô lập và gắn kết thụ thể, thông qua các thử nghiệm kiểu hình dựa trên tế bào, đến các mô hình toàn bộ sinh vật như cá ngựa vằn; các phương pháp phân tích kết hợp định lượng xem các thành phần hỗn hợp hoạt động cộng gộp, hiệp đồng hay đối kháng.

Clinical relevance

Các thử nghiệm sinh học tạo ra dữ liệu hoạt tính tiền lâm sàng xác định liệu một sản phẩm tự nhiên có tiến tới phát triển hay không, và việc hiểu chúng là một phần của việc đánh giá bằng chứng sản phẩm tự nhiên. Chúng mô tả cách hoạt tính được đo lường và xác nhận và là một khuôn khổ tham chiếu, không phải là cơ sở cho các quyết định điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Bằng chứng thử nghiệm sinh học là tiền lâm sàng và được đánh giá bằng tính hợp lệ của thử nghiệm, khả năng tái lập và việc sử dụng các kiểm soát thích hợp và phân tích đáp ứng liều lượng. Độ tin cậy phụ thuộc vào các sàng lọc đối chứng loại trừ sự can thiệp; kết quả cung cấp thông tin, nhưng bản thân chúng không thiết lập hiệu quả lâm sàng.

History

Thử nghiệm sinh học định lượng phát triển từ dược lý học ban đầu, nơi hiệu lực của các chiết xuất tự nhiên như digitalis được chuẩn hóa theo các phản ứng sinh học. Với sự phát triển của việc khám phá thuốc từ sản phẩm tự nhiên, phân đoạn có hướng dẫn hoạt tính sinh học trở thành con đường tiêu chuẩn từ chiết xuất đến hợp chất, và lĩnh vực này mở rộng sang sàng lọc dựa trên mục tiêu thông lượng cao và các mô hình kiểu hình toàn bộ sinh vật, với các phương pháp phân tích kết hợp chính thức hóa việc nghiên cứu hiệp đồng.

Debates

Sàng lọc dựa trên mục tiêu so với kiểu hình của các sản phẩm tự nhiên

Các thử nghiệm dựa trên mục tiêu mang lại sự rõ ràng về cơ chế nhưng có thể bỏ sót các hợp chất hoạt động thông qua các cơ chế chưa biết, trong khi các thử nghiệm kiểu hình (dựa trên tế bào hoặc sinh vật) nắm bắt hoạt tính tổng thể với chi phí xác định mục tiêu khó hơn; sự cân bằng giữa chúng là một cuộc thảo luận phương pháp luận đang diễn ra.

Key figures

• Gordon M. Cragg
• David J. Newman
• Ting-Chao Chou
• Leonard I. Zon
• Randall T. Peterson

Seminal works

• cragg-newman-2005
• zon-peterson-2005
• chou-2006

Frequently asked questions

Ý nghĩa của 'phân đoạn có hướng dẫn hoạt tính sinh học' là gì?

Đó là chiến lược sử dụng thử nghiệm sinh học để theo dõi hoạt tính trong khi một chiết xuất được tách liên tục thành các phân đoạn; chỉ các phân đoạn hoạt động mới được tiếp tục, cuối cùng phân lập hợp chất tinh khiết chịu trách nhiệm cho hiệu ứng.

Tại sao các chiết xuất sản phẩm tự nhiên có thể cho kết quả thử nghiệm sinh học dương tính giả?

Các hỗn hợp phức tạp có thể chứa các chất gây nhiễu kết quả thử nghiệm, kết tập hoặc ảnh hưởng không đặc hiệu đến hệ thống, do đó cần có các sàng lọc đối chứng và xác nhận đáp ứng liều lượng để phân biệt hoạt tính thực sự với các vật phẩm giả.