微透析技术
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脑和脊髓微透析采样技术的理论、方法和应用1王云综述 1 岳云2史琳审校1首都医科大学附属北京朝阳医院麻醉科(100020)2比利时布鲁塞尔自由大学医学中心麻醉科1、概述全麻下中枢神经系统功能变化的研究是麻醉学领域内重要的课题之一,全麻下中枢神经系统的功能诸如学习和记忆、感觉和运动、觉醒与无意识等的变化与神经元之间的信息传递有着极大的关系。
而神经元之间的信息的传递是以递质分子的释放、识别和灭活为基础的。
神经细胞间隙是神经元之间传递信息的主要场所,因此了解全麻下中枢神经系统活动机理,必须对神经细胞间隙中的化学物质进行动态监测。
传统的神经化学的研究大多是对离体脑组织的分析,这些离体分析方法所提供的通常是一种静态的、混杂的结果,包括了细胞器、细胞浆及细胞外液中成分的总和。
随着认识的深入和材料科学的进步,人们在推挽灌流基础上发展了的微透析技术,再加上微量递质检测技术的飞速发展,使得活体动物神经递质的在线测量成为可能,从而使行为学的研究与中枢神经系统相应区域的神经递质的释放相联系起来,有利于更深层次地揭示整体动物神经活动过程中的化学调控规律。
目前,此技术已成为研究全麻下神经化学特别是神经递质和神经肽的重要手段,并开始应用于疼痛的脑和脊髓机理的研究,临床上亦有使用该技术监测脑代谢的报道。
2、脑和脊髓微透析的原理2.1原理微透析是监测活体组织细胞外化学物质变化的一种技术,它以小分子物质和水能通过半透膜顺浓度梯度扩散的原理为基础。
将透析膜植入特定区域,用组分和理化性质类似于相应组织细胞外液的溶液进行持续灌流,当待测物质的浓度在透析膜一侧较高时,这些物质就会顺浓度梯度进行扩散。
由于灌流的持续进行,透析管内的液体不断的流动更新,因此跨膜浓度梯度始终存在。
通过不断收集一定量的灌流液测定其中的待测物质的含量,从而达到对该物质的动态监测。
2.2回收率(recovery)微透析探头的透析效能可以它对待测物质的回收率来表示,通过比较透析液和探头外介质中待测物质的浓度可以确定该物质的回收率。
微透析技术在脑组织研究中的应用微透析技术是将推挽灌流和透析技术结合起来并逐渐完善的一种新型生物采样技术,可在麻醉或清醒的生物体上使用,特别适合于深部组织和重要器官的活体生化研究。
微透析技术最早应用于脑内是在1972年美国耶鲁大学报道的猴脑的微透析研究,之后微透析即开始应用于对脑内神经递质的改变,药物动力学监测以及一些疾病脑内神经生理改变的研究,至今已有30多年的历史。
本文就微透析技术在脑组织研究中的应用作一综述。
1 微透析技术的原理及探针回收率的测定微透析技术是以透析原理作为基础的在体取样技术,是在非平衡条件下即流出的透析液中待测化合物的浓度低于它在探针膜周围样品基质中的浓度,灌注埋在组织中的微透析探针,组织中的待测化合物沿浓度梯度扩散进入透析液,被连续不断地带出,从而达到从活体组织中取样的目的,通过测定流出液即透析液中待测物的浓度来研究组织中待测物的水平。
这是一种动态连续的取样方法。
简单地说,微透析技术的原理就相当于在组织中创造了一个“毛细血管”,使化合物在浓度差的作用下扩散而进入此“毛细血管”,然后随液体流动带出体外进行检测。
微透析技术最大的优点是可在基本上不干扰体内正常生理过程的情况下进行在体、实时和在线取样,透析过程探针周围的组织液成分不会发生改变,所以可以持续收集样品,而且被透析动物可以小到老鼠一般大小。
通过微透析技术可以单独取得细胞外液,因此可对大脑神经递质进行活体监测[1],由于透析液中不含蛋白质和酶等生物大分子,能直接进样进行高效液相和毛细管电泳等生化分析,免除了复杂的进样前样品处理及由此而产生的样品损失和误差,也不会因在室温取样而酶解,提高了样品的稳定性,而且随着现代技术的进步可以对微透析试验进行全程的自动化控制。
微透析试验中一个重要的步骤是要测定微透析探针的回收率(透析液中待测化合物的浓度与其在样品基质中浓度之比),由于微透析是在非平衡条件下取样,所以所测得的透析液中化合物的浓度只是探针周围样品基质中该化合物浓度的一部分。
利用微透析技术在大鼠脑内取样的方法本文通过查询文献并结合笔者的实际操作经验,介绍微透析技术原理,以及利用微透析技术进行清醒大鼠rACC脑区定位取样的方法。
标签:微透析;透析液;立体定位;rACC脑区;大鼠前扣带皮层(anterior cingulate cortex,ACC),尤其是其吻侧部(rostral ACC,rACC)是参与情绪情感反应的重要中枢[1-3]。
已有研究证实,rACC也是伤害性刺激传入高位中枢时形成痛厌恶情绪的重要脑区[4-6],那么在痛情绪发生时rACC脑区神经元释放的神经递质有何变化是我们所关注的。
微透析技术正是一种可以探究这一問题的手段。
该技术是将灌流取样和透析技术结合起来并逐渐完善的一种从生物活体内进行动态微量生化取样的新技术,具有活体连续取样、动态观察、定量分析、采样量小、组织损伤轻等特点[7]。
目前,微透析技术主要应用于大脑、血液、脊髓等部位[8-11],通过定位后取样再检测,观察目标神经递质的相对变化,可在麻醉或清醒的生物体上使用。
在清醒生物体上进行微透析实验比起麻醉生物体,取得的样本会更接近于正常生理状态[12]。
但由于动物处于可自由活动的状态,存在很多不确定因素,因此实验中所需的条件和对动物的各种操作均要在不断地摸索和尝试中确定。
笔者通过查询文献并结合作者的实验操作经验,介绍利用微透析技术进行清醒大鼠rACC脑区定位取样的方法,现报道如下。
1 定位1.1 微透析探针的选取微透析探针的供应商有瑞典的CMA公司,美国的BAS公司和日本的EICOM公司,另外也有实验室采用自制的微透析探针。
本实验室采用的是EICOM公司的探针,根据定位脑区的深度和所需检测的目标神经递质的分子量大小(一般检测的神经递质为氨基酸类神经递质和单胺类神经递质),选择所需的探针规格。
EICOM公司的脑组织探针主要有三个系列,本实验室选用的探针样式为A-Z系列带有导管、内芯和导管配套的螺帽,探针规格为管长4 mm,膜长2 mm,膜材料:人造纤维素,50 kDa截留分子量,见图1。
微透析技术在药物动力学和药物代谢研究中的应用微透析技术是近年来应用于药物动力学和药物代谢研究中的一项新兴技术,该项技术在药物代谢和药代动力学研究领域中已取得重大的进展并有广阔得应用前景,本文概述了微透析技术的基本原理及特点,并重点介绍了其在药物代谢和药动学研究中的应用。
标签:微透析;药动学;药物代谢微透析(Microdialysis,MD)技术是近些年来临床上发展起来的一种新型取样技术,其原理与透析相同,可通过器官与组织中的体液进行连续、动态取样,取得的透析液较为纯净,且均为小分子物质,能与HPLC/MS或HPLC联用,组成HPLC/MS或HPLC联用新技术进行原位在线分析,具有“微创、高效、实时、活体”等特点。
在麻醉或清醒的生物体上进行深部组织的操作以及重要器官的生化研究具有重要的意义。
随着近年来微透析技术的不断发展,该项技术在临床上的推行也越来越广泛。
目前微透析技术在药物代谢和中药药动学研究领域同样发挥着重要的作用[1]。
1基本原理微透析技术是以透析原理作为基础的在体取样技术,是在非平衡条件下即流出的透析液中待测化合物的浓度低于它在探针膜周围样品基质中的浓度,灌注埋在组织中的微透析探针,组织中的待测化合物沿浓度梯度扩散进入透析液,被连续不断地带出,从而达到从活体组织中取样的目的[2],通过测定流出液即透析液中待测物的浓度来研究组织中待测物的水平。
这是一种动态连续的取样方法。
简单地说,微透析技术的原理就相当于在组织中创造了一个“毛细血管”[3],使化合物在浓度差的作用下扩散而进入此毛细血管,然后随液体流动带出体外进行检测原理及其系统组成微透析技术不同于以往传统的研究手段,它是一种动态连续取样方法。
简单地说,微透析技术的原理就是创造一个“人造血管”[1],使待测化合物在浓度差的作用下扩散而出入此“人造血管”。
在体微透析技术首先在组织中植入具有半透膜的探头(probe)装置,透析膜能允许小分子物质及水分通过,体外微流泵能允许一定的灌流也通过探头,由于透析膜两侧存在浓度差,物质会从高浓度方向向低浓度方向扩散。
微透析技术在中医药研究中的应用微透析技术的发展及应用现状微透析(Microdailysis,MD)一词起源于上个世纪50年代后期,为一种新型的生物采样技术,最初主要用于脑部采样,来研究脑内神经递质的释放。
微透析不同于以往传统的研究手段,是一种从生物活体内进行动态微量生化取样的新技术。
动态:传统的采样方法是在一定时间点处死一批实验动物取血或脏器进行分析,首先样本过大,这会造成实验动物的大量浪费,其次由于实验动物的个体差异,会使实验中的误差过大;而微透析技术可以在同一只动物身上连续动态采样,而且可以在同一只动物的不同组织中植入探针,从而在同一只动物身上同时测定不同的药动学指标,既减少实验动物的用量,节省经费,又使实验中的误差减小。
生物活体:取样中的动物可以是麻醉的,也可以是清醒的,因而获得的样品接近生物的正常生理情况,使获得的数据更加的精确、可靠。
微量:传统采样方法是抽取拟定时间点动物的全血或其他体液,势必会影响实验动物的体液进而影响药物在体内的药动学行为;而微透析技术是以透析原理为基础,收集拟定时间段内的透析液进行分析,取样量极微小,一般是以µL为单位的,不会影响实验动物的体液,因而使测定的药动学参数更加准确、客观。
1、微透析技术的发展历史微透析(Microdailysis,MD)一词起源于上个世纪50年代后期,1958年Kslant 首次用于描述一种同时透析和提取血液中的极性类固醇的方法。
1961年Gaddum 发明了推拉式灌流取样技术并应用于监测脑细胞外神经化学物质,之后这项技术得到许多改进,曾广泛应用于脑中许多部位的神经递质的检侧。
1966年,Bito 等首次报道了利用半透膜对狗血液和脑细胞外液中的游离氨基酸和其他电解质进行了采样。
1972年,美国耶鲁大学Delgado等首次利用脑微透析推挽灌流技术研究恒河猴脑内神经递质多巴胺的释放实验,开辟了脑微透析技术在神经科学和脑部研究领域的先河。
微透析技术一、微透析技术微透析(Microdialysis)技术是一种将灌流取样和透析技术结合起来并逐渐完善的一种从生物活体内进行动态微量生化取样的新技术。
具有活体连续取样、动态观察、定量分析、采样量小、组织损伤轻等特点。
可在麻醉或清醒的生物体上使用,特别适合于深部组织和重要器官的活体生化研究。
目前已成为实验神经生理学和神经化学的重要研究工具之一, 它可提供递质释放、摄取和代谢的必要信息。
1、主要原理以透析原理作为基础,通过对插入生物体内中的微透析探头在非平衡条件下进行灌流,物质沿浓度梯度逆向扩散,使被分析物质穿过膜扩散进入透析管内,并被透析管内连续流动的灌流液不断带出,从而达到活体组织取样的目的。
2、微透析系统及其特点2.1、微透析系统装置主要由微量泵、微透析探头、收集器、连接管及配套设备组成。
2.1.1、微量泵以注射泵为佳,有利于减少恒流泵和蠕动泵的波动, 流速一般为1~5μl/min。
2.1.2、微透析探头有直线性探头、环形探头、同心型探头等不同的类型(微透析管因实验对象不同而形状大小各异);按照探头的形状分为穿颅探头、U型探头、I型探头、环形探头等。
目前普遍应用的是同心型探头,微透析探头通常是由一管式半透膜与不锈钢、石英或塑料毛细管构成双层管道;长度一般为1~10 cm。
半透膜由再生纤维素、聚碳酸酯或聚丙烯腈制成, 载留分子量5~10 KD不等。
实际应用需根据具体组织和待测物选择不同的微透析探头。
微透析技术最大的优点是可在基本上不干扰体内正常生命过程的情况下进行在体( in vivo)、实时( real time) 和在线(on line) 取样, 特别适用于研究生命过程的动态变化。
微透析技术的优点是活体取样、动态观察、定量分析、采样量小、组织损伤轻等。
该技术的另一大优点是样品的采集与分析过程既可在位又可离位进行。
此外微透析技术的独到之处是可以单独取得细胞外液, 因此可对体内神经递质的释放量进行动态监测, 具有重要的生物学意义。
武汉微透析系统原理武汉微透析系统原理一、微透析系统简介1、什么是微透析?微透析(Microdialysis)是一种液体分离技术,由朗文公司(ROWAN)开发,是一种较为精密和特殊的分离技术。
它利用一种精细复合膜,可以从一种溶液中分离出微小分子,实现液体分离。
简单地说,它可以将微小的分子从一种溶液中“筛选出来”,而这些分子只是因为它们的化学和物理性质的不同而被“筛选”出来。
2、微透析的用途应用微透析技术可以获取肿瘤细胞中的多种化学物质,从而研究肿瘤细胞周围环境中重要物质的形成和动态变化,了解肿瘤病理生理机制。
此外,微透析技术在医学诊断领域也得到了广泛的应用,可以迅速诊断出疾病的病因,从而为临床提供准确的治疗方案。
二、微透析技术的特点1、快速微透析技术可以在短时间内实现准确的分离,大大缩短了化学及生物分析的时间,同时可以准确地测量出病人体内微小分子的浓度,为临床提供准确可信的信息,以利于疾病的诊断和治疗。
2、重现性微透析技术具有准确性和重复性,可以对同一病人进行多次检测,使实验结果更加准确可靠,并且可以重复验证从而提高准确度。
3、安全微透析技术把分离出来的分子以纳米级别的活性微粒的形式取出,不会损伤病人的细胞组织,不会对病人的身体造成伤害,所以它是一种安全、可靠的分析技术。
三、武汉微透析系统1、系统特点武汉微透析系统采用双化驱动的设计思想,集成了石墨烯型微透析管和多功能支持体系,消除了大型微透析设备负担,可以为病人提供高效更新准确的测量检测,实现快速、准确、安全的病理诊断。
2、系统优势武汉微透析系统具有准确性高,检测范围宽,可长时间连续运行的优势,它的独特的双化驱动设计使其在高灵敏度和准确度方面表现出色。
此外,它还具有精密微控制系统,允许操作者自动检测细胞状态、血管情况,以更及时准确地诊断出疾病病理。
3、系统功能武汉微透析系统可以从多个方面监测并诊断肿瘤病理,可以准确地测量多种血液指标,如尿酸、血清肌酸激酶、血清谷丙转氨酶、淀粉酶、磷酸酶和脑钠离子、血尿比重、肝素的水平。