抗肿瘤药物的筛选方法.ppt
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1、抗肿瘤药物筛选,张冬梅,一、导论二、整体动物水平的筛选三、细胞水平的筛选四、酶水平的筛选五、展望,一、导论,1.肿瘤发病率和死亡率,全球每年癌症新发病例都在1200万以上,因癌症死亡人数达760多万,到2010年底全球肿瘤病人总数已逾5500万人(WHO)。,心脏病,脑血管病,肿瘤25%,消化系统病,肺病,其他,中国每年新增肿瘤病人200万人,死亡130-170多万人左右,目前全国肿瘤患者总数约450万人,并以每年3%的速度递增。肿瘤已经成为中国公民的头号杀手,每年因恶性肿瘤而死亡的人口占到总死亡率的22%。,2009年中国居民主要疾病死亡率及死亡原因构成,(中国卫生年鉴),9年中国常见恶性肿
2、瘤的死亡率,我国居民常见癌症死亡率:胃癌列肿瘤死亡率首位;其次肝癌、肺癌、食管癌、结直肠癌等。,2.肿瘤的治疗方法,外科手术治疗放射线治疗化学药物治疗,3.常用的化疗药物,烷化剂 环磷酰胺、异环磷酰胺抗代谢药物 甲氨蝶呤、氟脲嘧啶、阿糖胞苷抗肿瘤抗生素 柔红霉素、阿霉素、丝裂霉素、多柔比星铂类化合物 顺铂、卡铂、奥沙利铂抗肿瘤植物药 长春新碱、依托泊苷、替尼泊苷、紫杉醇激素类 血管新生抑制剂 贝伐珠单抗注射液、舒尼替尼、索拉非尼,化疗药物的主要不良反应,骨髓抑制(血细胞减少)胃肠道反应(恶心、呕吐、食欲不振等)全身反应(脱发、发热、皮疹)对各器官影响(心脏毒性、肝脏毒性、神经毒性)泌尿道毒性(
3、血尿、蛋白尿、尿酸性肾病)局部静脉炎致畸、致突变、致癌,4.天然产物与抗肿瘤药物,天然产物在新药及新药先导化合物的发现中起着不可替代的作用,是结构新颖和作用独特的抗肿瘤化合物的重要来源。美国国立癌症研究所(NCI)从1955年开始从天然产物中筛选抗肿瘤药物。目前世界上被批准广泛使用的抗肿瘤药物中,以上来源于天然产物。,二、整体动物水平的筛选,非实体瘤动物模型,常用小鼠腹水瘤动物模型表(细胞株及动物)国内外推荐模型,肿瘤移植方法:,1)无菌操作 2)接种部位:腹腔 3)癌细胞悬液的制备及接种 接种710天小鼠处死,酒精消毒,穿过腹 部肌肉吸取腹水24 mL*,置冰块上保存。细胞计数后,PBS稀释
4、制备1x107/0.1 mL细胞浓度悬液,每只小鼠注射0.2 mL 肿瘤细胞悬液注射到腹腔。5天左右,小鼠出现腹水即为造模成功。*腹水应为白色浓稠液体,若为黄色或红色应弃去,给药及药效评价:,动物分组:随机分五组(溶剂对照组、阳性药组、高、中、低 给药组);每组8-10只。药品制备:药品溶解生理盐水或PBS等缓冲盐溶液给药方式:连续给药;1-2次/天;(ig,ip,iv)14天以上评价指标:观察记录荷瘤小鼠的存活天数(30天)(7天死亡率20%或20%动物存活超过4周,实验失败 对照组存活时间14-20天)数据处理:生命延长率(%)治疗组存活天数对照组存活天数 对照组存活天数 非腹腔给药生命延
5、长率50%腹腔给药75%,x100%,.实体瘤动物模型,1)动物移植性肿瘤,常用小鼠、大鼠实体瘤动物模型表(细胞株及动物),国内外推荐模型,肿瘤移植方法:,1)无菌操作 2)接种部位:右前肢腋下 3)癌块的制备及接种 接种710天小鼠处死,酒精消毒,切开皮肤取出肿瘤块,置于生理盐水中,冰块上保存。剪碎瘤块成2-3 mm3的小块或组织块匀浆成细胞悬液,接种到右前肢腋下。5天左右,小鼠出现瘤块即为造模成功。,7天后对照组20%小鼠肿瘤小于400 mg或大于2g,实验失败,给药及药效评价:,给药方式:连续给药;1-2次/天;(ig,ip,iv)10-12天评价指标:记录小鼠的体重变化。12天后,处死
6、小 鼠,拨瘤称重(对照组瘤重1 g左右)。取脾脏和胸腺称重,并测定脾细胞数目数据处理:抑瘤率(%)对照组瘤重治疗组瘤重 对照组瘤重 抑瘤率30%认为有效,x100%,)人癌异种移植模型,细胞:人源肝癌,胃癌,肺癌,结肠癌等肿瘤细胞动物:裸鼠(nude mice)特点:1)裸体,行似无毛;2)不能执行正常T细胞功能,免疫力低下 3)B细胞功能正常,NK细胞活性高,T淋巴功能缺陷先天性无胸腺小鼠 11号染色体上隐性 突变裸基因(nu),肿瘤移植和给药方法:,1)无菌操作 2)接种部位:背部 3)细胞悬液的制备及接种 细胞悬液浓度1x108/mL,接种0.1mL到背部。7天左右,瘤块达到50 mm3
7、体积即为造模成功,开始给药。4)给药时间:根据药效确定,一般12-60天。,阳性药,5-Fu(5-氟尿嘧啶)ADM(阿霉素)Taxol(紫杉醇)CTX(环磷酰胺)选择性对照药推荐剂量:1-20 mg/kg给药方式:与测试药物相同;常隔天给药,药效评价:,评价指标:记录小鼠的体重变化。结束治疗后,处 死小鼠,拨瘤称重(对照组瘤重1 g左 右)。取脾脏称重,并测定脾细 胞数目。数据处理:抑瘤率(%)对照组肿瘤体积治疗组肿瘤体积 对照组肿瘤体积 抑瘤率30%认为有效,x100%,抗肿瘤谱,Taxol(卵巢癌、乳腺癌、非小细胞肺癌、头颈癌、食管癌、淋巴瘤)5-Fu(乳腺癌、结肠癌、直肠癌、胃癌、肝癌、
8、宫颈癌、膀胱癌、前列腺癌和头颈部肿瘤)ADM(乳腺癌、胰腺癌、肝癌、肺癌、淋巴瘤和皮肤癌),沙蟾毒精的体内抗肿瘤作用(Carcinogenesis,2013,34:1331),三、细胞水平的筛选,1.抑制肿瘤细胞增殖实验2.诱导肿瘤细胞分化实验3.诱导肿瘤细胞凋亡实验4.抗肿瘤血管生成实验5.肿瘤多药耐药性逆转实验6.抗肿瘤侵袭和转移实验7.诱导肿瘤细胞自噬实验,细胞株的选择,.抑制肿瘤细胞增殖实验,A)噻唑兰实验(MTT)原理:活细胞线粒体中脱氢酶能够代谢还原黄色的MTT,生成蓝紫色不溶于水的甲臜(Formazan)。甲臜的多少可以用酶标仪在570 nm 处进行测定。甲臜生成量与活细胞数成正
9、比,因此可根据光密度OD值推测出活细胞的数目。,MTT 原理示意图,甲臜生成量正比于活细胞数采用比色法(570 nm)测定甲臜生成量,实验方法,1)细胞培养 培养液:RPMI 1640、DMEM、MEM、M199、McCoys5A等 血清:FBS、NBS、抗生素:青霉素、链霉素、庆大霉素、新生霉素等 胰酶:Trypsin-EDTA、Collagenase 缓冲液:PBS、HBSS等 生长因子:EGF、B-27、N-2等,2)细胞传代 贴壁细胞生长3-5天,80%融合度。用胰酶消化1-3 min后,离心,调节适当密度重新悬浮在培养液中。3)细胞计数 细胞计数板,5)细胞接种 3000-10000
10、细胞接种在96孔板,贴壁 24小时,或对数生长期 6)加药处理72 h(指定时间点)7)MTT溶液(5 mg/ml),孵育2-4小时 8)弃去培养液,加入DMSO溶解生成的 甲臜 9)酶标仪测定OD值,结果处理:,肿瘤细胞生长抑制率(%),=,(OD对照-OD实验),OD对照,X 100%,根据生长抑制的量效曲线求出IC50 值,肿瘤细胞存活率(%)=,OD实验,OD对照,X 100%,A,B,问题:根据上图中细胞生长抑制曲线,判断化合物A和B哪一个具有较好的 肿瘤生长抑制作用?,)磺酰罗丹明B(SRB)实验,原理:SRB是粉红色的氨基甲氧杂蒽类化合物,是蛋白结合染料,与蛋白质的碱性氨基酸结合
11、后呈粉红色,用酶标仪测定其吸光度。细胞中的蛋白含量与吸光度成正比,因此可根据光密度OD值推测出活细胞的数目和活性。,方法:类似于法,10-20%三氯乙酸固定1 h 后,加入0.5-1%染色30 min,洗去 染料,空气干燥后,加入10 mM Tris 溶解 后,50 nm测定光密度结果处理:同法,)细胞排染法(酞酚蓝),原理:细胞损伤或死亡后细胞膜完整性被破坏,正 常细胞排染,而死亡细胞染成蓝色。,伊红、苯胺黑等染料,细胞死亡率(%),对照组活细胞数给药组活细胞数,对照组活细胞数,X100%,=,结果:,方法:细胞悬液加入酞酚蓝染色液混匀,用细胞计数板,分别计数活细胞(未染色)和死细胞数目(蓝
12、色),.诱导肿瘤细胞分化实验,NBT还原法原理:硝基蓝四氮唑兰(NBT)还原法测定细胞株分化诱导。正常的中性粒细胞内磷酸戊糖支路活跃,细胞内还原型辅酶含量增加,将可溶性NBT还原为不溶性蓝紫色颗粒,而沉积于细胞浆内。方法:HL-60 细胞株是筛选分化诱导剂的,药物作用后,细胞形态向粒细胞方向分化。结果:显微镜计数NBT还原阳性细胞,计算诱导分化率,对照组,药物处理组,.诱导肿瘤细胞凋亡实验,)形态学观察(透射电镜)原理:细胞超微结构观察方法:药物处理后,收集细胞,4%戊二醛固定2 h以上,PBS清洗,1%俄酸固定1 h,酒精丙酮梯度脱水,环氧树脂包埋,切片做成铜网,经醋酸铀、枸橼酸铅染色,透射
13、电镜下观察拍照。,对照组,凋亡细胞,正常细胞胞质散在内质网、核膜清楚、染色质均匀、核仁明显。,凋亡细胞染色质浓缩、致密,沿核分布形成新月体状,有凋亡小体出现。,对照组,坏死,线粒体肿胀,凋亡细胞胞质出现明显的线粒体肿胀。,坏死细胞细胞膜不完整,核膜破裂,染色质呈虫蚀状溶解。,B)DNA形态观察(Hoeschst333258)原理:Hoeschst333258与DNA特异性结合发出蓝色荧光方法:肿瘤细胞用Hoeschst333258染色后,在荧光显微镜下观察结果:活细胞成均匀的淡荧光,调亡细胞核或细胞质内可见强荧光的颗粒状物质。,对照组,药物处理组,C)染色体断裂测定,原理:凋亡细胞内源性核酸酶
14、激活,链被切割成200 bp不同倍数的片段,将这些片断进行电泳,可观察到梯带方法:裂解肿瘤细胞,消化蛋白,提取,上凝胶电泳,染色后,灯下观察。结果:凋亡细胞显示梯带。,CTL,DRUG1,DRUG2,MARKER,)PI/Annexin-FITC双染色分析,原理:调亡细胞磷脂酰丝氨酸(PS)暴露于细胞表面,PS结合标记荧光素FITC的Annexin-V但细胞膜仍然完整,荧光染料不能进 入,而调亡晚期的细胞可同时受Annexin-V 和PI的双标记。方法:肿瘤细胞同时加入Annexin-和染色,用流式细胞仪分析。,正常细胞Annexin-V(-)PI(-),晚期凋亡细胞Annexin-V(+)P
15、I(+),早期凋亡细胞Annexin-V(+)PI(-),Annexin-V,PI,PI/AnnexinV-FITC 双染激光共聚焦分析结果,PI红色荧光细胞核,AnnexinV-FITC绿色荧光细胞膜,Annexin-V-FITC,PI,对照组,药物处理组,.抗肿瘤血管生成实验,肿瘤发生、生长和转移与新生血管形成密切相关,当肿瘤直径超过2 mm时,直接由微环境提供的营养就不能满足其生长需要,此时肿瘤的生长依赖于新生血管运送营养物质。肿瘤血管生成抑制剂能抑制血管生成,阻止肿瘤生长和转移,在治疗肿瘤中具有高效、广普、副作用小、不易产生耐药性等优点。,)血管内皮细胞体外筛选模型,原理:体外培养的血
16、管内皮细胞在含生长因子条件下 能形成细胞条索,然后形成管状。肿瘤血管生 成抑制剂能抑制细胞管腔的形成。方法:人脐静脉血管内皮细胞在含有药物和不含有TAI 药物的胶原凝胶中分别培养后,在显微镜下比较 它们形成的管腔数目。,对照组,药物处理组,)鸡胚绒毛尿囊膜血管新生模型,原理:鸡卵在胚胎发育过程中,尿囊膜上的血管生长很旺盛,将不同药物作用于尿囊膜,观察该膜上的血管生长。方法:鸡胚胎放在直培养皿内,在无菌恒温箱中孵育到第9 天的生长高峰时,将浸泡过药物 的明胶海绵置于鸡胚绒毛尿囊膜表面,培养天,在显微镜下随机取几个视野点,记数“热点”区的新生血管数,计算平均值。,血管生成抑制率(%),对照组血管面
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