临床代谢组学|新型的代谢组学技术( 二 )
4. 代谢流研究常见问题
(1) 示踪剂的选择:体内稳定同位素测定成功的关键在于示踪剂的选择 。示踪剂的选择必须根据代谢途径来选择 。放射性示踪剂(例如18F、3H、14C)和稳定的示踪剂(例如2H、13C、15N)均可用于研究同位素示踪剂体内代谢 。
放射性示踪剂的特点:灵敏度高 , 特异性强 , 可用于测定单个预定义路径的活动 。但是放射性示踪剂具有半衰期 , 而且具有放射性 , 需有资质的专业实验室才能进行 。
稳定同位素示踪剂的特点:灵敏度低但通常标记深度高 , 但可以一次查询多个途径 , 从而最大程度地利用单个实验收集的信息量 , 延长和重复给药更可行 。
13C全标葡萄糖是最流行的体内示踪剂 , 它能够迅速标记中心碳代谢中的许多途径并且成本相对较低 。除了13C全标葡萄糖以外 , 在体内测定中越来越多地使用基于其他分子和同位素(例如15N、2H)的均一标记示踪剂 , 以全面测定涉及脂肪酸、酮体或氨基酸代谢等的途径 。
(2) 递送方法的选择:迄今为止 , 已经成功地实施了多种用于体内稳定同位素示踪剂递送的方法 , 包括通过饮食或通过管饲法口服递送 , 或通过静脉内输注或腹膜内注射直接引入循环中 。具体方法应由根据具体关注的生物学问题进行选择 。无论选择哪种方法 , 都必须注意在示踪剂管理和进一步采样期间对实验条件的控制和标准化 , 以便能够从示踪剂实验中提取出可重复且生物学上合理的结论 。
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输注是体内测定中示踪剂给药的运用最广泛的方法 。在规定的时间段内以恒定速率向血液中施用示踪剂 , 然后评估示踪剂进入下游组织代谢产物 , 可以最大程度地减少与养分管理高峰相关的剧烈瞬态效应 。但是输注具有增加的侵袭性和技术复杂性以及成本高的缺点(成本高通常是因为需要大量的示踪剂) , 并且在研究饮食代谢产物时可能不是最佳的 。
(3) 代谢通量分析(即MFA):在标准的同位素固定MFA中 , 将细胞内代谢物的稳态标记模式与细胞外营养摄取或分泌和细胞生长的测量值结合起来 , 并整合到由于细胞内或细胞外代谢通量而引起的原子转移的数学模型中 。然后 , 在吸收、分泌和生物量生长速率所施加的约束下 , 执行计算迭代过程以估算最适合所测标记模式的通量值 。
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在体内应用MFA会带来一些障碍 , 主要问题是体内吸收和分泌速率的确定 , 通过循环不同器官之间的代谢物交换使该过程变得复杂 。此外 , 鉴于体内示踪剂实验的持续时间通常很短 , 根据同位素固定MFA的要求 , 组织内不一定总能达到稳态标记 , 而动态体内测量通常仅对血样可行 , 这限制了INST-MFA的适用性 。
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