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电泳技术

电泳技术利用混合物中各组分所带电荷性质、电荷数量以及分子量的不同,在同电场作用下,根据各组分移动距离的不同,来分离鉴定各组分。

电泳技术作为一种先进的检测手段,广泛应用于蛋白质、多肽、氨基酸、核苷酸、无机离子等的分离和鉴定,甚至病毒与细胞的研究。

随着许多自动化电泳仪器设备的问世和普及,电泳技术在生物医学方面有着许多应用,显示出强大的生命力。

电泳介质的ph、缓冲液的离子强度、电场强度和电渗作用是影响电泳的主要因素。

区带电泳可根据支持物的物理性状、支持物的装置形式和ph的连续性等来分类。

其中常见的有聚丙烯酰胺凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳、琼脂糖电泳、等电聚焦电泳和双向电泳等。

下面将简要地介绍几种电泳技术在生物医学中的应用。

聚丙烯酰胺凝胶电泳是一种常用的DNA检测方法,是聚合酶链式反应、单链构象多态分析中不可缺少的技术,广泛应用于生物医学中分子水平的诊断。

其对小于500碱基的DNA片段分辨率很高,且可容纳相对大量的DNA。

聚丙烯酰胺凝胶电泳基本上是一种分析工具,但有时也可用于纯化蛋白质。

变性的蛋白质可以经过回收、洗脱、浓缩和除盐来纯化,这样制备的蛋白质样品可以用于蛋白质的结构分析或抗体的制备,是进行生物化学研究的基础。

琼脂糖电泳因为操作简单,耗时短而被广泛应用新鲜血液经琼脂糖电泳、染色后可得患者的血清蛋白质电泳图谱,这是了解患者血清蛋白质全貌的有效方法,可以用为初筛试验。

在肾小球疾病中,尿蛋白电泳测定是反映疾病性质的重要窗口,是区别选择性尿和非选择性尿的重要标准之一。

十二烷基硫酸钠-琼脂糖电泳测尿蛋白组分操作方法简便,高效。

等电聚焦电泳利用蛋白质具有两性解离及等电点的特征,用具有ph梯度的支持介质来分离的蛋白质。

它的主要特点是:灵敏度及分辨率高,重复性好,电泳区带相当狭窄,特别适用于大批量纯度检测和真实性鉴定以及遗传多样性等群体生物学领域的研究。

目前等电聚焦电泳主要用于两性电解质样品的分析、分离和制备,在同工酶的鉴定及蛋白质的微量分析上应用尤为广泛。

随着生命科学的发展,特别是人类基因组计划全面完成之后所谓“后基因组”时代的来临,对复杂生命体的准确表征和分析就显得日益紧迫,等电聚焦电泳技术得到越来越多的使用。

例如,利用等电聚焦电泳技术可以区分人血清蛋白、测出异常免疫球蛋白、进行基因分型,还可以在双相电泳中,将IEFE作为第一相。

双向电泳技术是八十年代发展起来的一种有效的二维分离技术。

基于不同蛋白质等电点和分子量不同的特性,第一向通过电荷的不同分离,另一向通过电荷的不同分离,来建立混合物各组分的双向电泳图谱。

由此可以分析生物样品的显著差别,产生的结果用于诊断疾病、发现新的药物靶标和分析潜在的药物和环境的毒性。

在功能基因组时代,双向电泳技术主要用于寻找不同组织或细胞中差异表达的蛋白质,寻找疾病相关的标记分子,以进行疾病相关蛋白或基因的研究。

目前许多研究者利用双向电泳对人体的各种器官、组织、细胞进行了研究,为疾病的判断、诊治及了解发病机制提供了新的手段。

例如,在肿瘤的研究中,寻找与肿瘤发生、发展和抗药性有关的蛋白,为寻找肿瘤的特异标志物、揭示肿瘤的发病机制以及开发新的肿瘤治疗方式和治疗药物提供理论依据。

肿瘤发生的早期常常无任何症状,而只有在转移时才容易被发现,这往往延误了治疗的最佳时期,因此找到肿瘤的标志物进行及时的诊断和治疗显得尤为重要。

Wadsworth J T等筛选了99例头颈部鳞状细胞癌患者和102例正常对照的血清蛋白质的表达情况,发现了几种蛋白在患者与
健康人中不同的表达情况,发现几种蛋白在患者和健康人中不同的表达情况,这种血清蛋白质双向电泳图谱经过处理分析,确定检测到的几种蛋白质作为早期标志物可以筛选头颈部肿瘤,灵敏度和特异性分别大83.3%与100%。

双向电泳技术的另一应用就是研究药物的毒理作用。

比较正常细胞与药物处理后细胞的蛋白质表达丰度的变化,可以提示药物的毒性作用机制。

细胞在施用药物之后的代谢反应做出实时的检测,不仅能确定疗效,也能针对毒性代谢物质的发现而对药物进行直接的改良,是一项意义深远的发现。

双向电泳是一种分析从细胞、组织或其他生物样本中提取蛋白质混合物的有力手段,是目前唯一能将数千种蛋白质同时分离与展示的分离技术。

其高分辨率、高重复性和兼具微量制备的性能是其他分离方法所无与伦比的。

就像Fey和Larsen在他们的综述中提到的:“尽管人们都想有新技术取代它,可是如果希望对细胞活动有全面的认识,其他技术在分辨率和灵敏度上与双向电泳媲美”。

然而双向电泳技术有许多局限性,由于样品处理的差别、翻译后修饰、人为修饰等导致同一基因表达的蛋白质迁移到不同的位置或不同蛋白质迁移到同一斑点。

而且,它对操作要求较高。

最近发展的荧光染料标记的双向电泳技术改进了传统方法的重复性和灵敏度,劳动强度低,效率高。

毛细管电泳是一种新型的区带电泳。

它是在其一端注入样品,在毛细管的两端加直流高电压实现对样品的分离。

其样品来源非常广泛,分离对象包括寡核苷酸、病毒、生物活性分子、离子、药物及其代谢产物等等。

脑脊液蛋白电泳这一手段有助于多发性硬化症、痴呆、脊髓炎等等中枢神经系统疾病的诊断。

以往由于脑脊液蛋白含量较少,在电泳前必须浓缩。

近年,采用高效毛细管电泳法,由于其高分辨率,脑脊液已不需要经过浓缩,简化了操作过程。

由于其高效性和快速性,这种技术受到越来越多的重视和应用。

今年来,细胞电泳技术广泛地用来鉴定细胞表面的不同组分和对不同细胞表面的分子结构和功能的差异进行细致的定量分析。

1956年Ambrose等首先应用细胞电泳技术确定了癌细胞和正常细胞的表面电荷之间存在差异。

近年来,也有人成功地将细胞电泳技术应用于人类肿瘤共同抗原的研究以及人类肿瘤细胞免疫学的早期诊断中。

另外,细胞电泳技术在对微生物、病毒、血液等的分析研究过程中也有重要的作用。

电泳技术在蛋白质组与医学领域的深入研究具有重要的理论意义和应用价值,前景广阔。

在临床,利用电泳技术可以对疾病进行最初的评估,并避免漏诊,且其方法学稳定。

在后基因组时代的现在,比较蛋白质间的相互作用、细胞分化凋亡研究、致病机制及耐药机制的研究、疗效检测、新药开发、癌症研究、蛋白纯度检查、小量蛋白纯化、新替代疫苗的研制等许多方面都有着电泳技术的应用价值。

近年来,生物医学研究者们利用电泳技术在病原微生物蛋白质组学、肿瘤蛋白质组学及药物作用机制研究和应用范围的拓展均取得了可喜的成绩。

另外电泳技术在寻找差异蛋白质、相关标记分子和疾病相关的蛋白质药靶等都有很多的应用,以设计药物,研究疾病的致病机理等。

随着相关技术的发展,电泳技术在诊断人类疾病,特别是恶性肿瘤的早期诊断和治疗反面已显示出了广阔的前景,必将造福于人类。

对于未来电泳技术在生物医学方面的发展,我有以下几点不成熟的看法。

首先,在电泳技术
广泛应用的现在,应将各种先进分析方法相结合,以取得最佳的分析结果,如计算机图像分析技术、大规模数据处理技术、质谱技术等等。

其次,可以借助现代科技手段,对几种成熟高效的电泳分析方法加以改进,例如改变介质、环境等,实现以往不能达到的准确度及灵敏度,研制出全自动、速度快、项目全且敏感度高的电泳仪。

另外,可加大对电泳技术的宣传介绍,并且在临床医生的培养过程中,让其了解电泳项目,以发挥电泳技术的优势,造福人类。

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