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一天完成上百个化合物初筛,BioSense高通量方案。

来源: 发布时间:2026-07-23 09:58:04 浏览:16 次

一 方案总体思路与通量规划

本方案依托丹麦BioSense oCelloScope FluidScope快速扫描能力,实现单日完成上百个小分子化合物、天然提取物、多肽高通量初筛。采用单浓度初筛模式快速剔除无活性化合物,仅将阳性候选物转入后续梯度MIC精筛;单块96孔板最多容纳80个受试化合物,单日可连续运行2~3块微孔板,实现单日160~240个化合物高通量初筛。

传统终点微孔筛选仅能获得终点浊度,极易受色素、沉淀干扰产生假阳性;本方案采用时序成像结合TA浊度双指标,搭配SESA静态杂质过滤,同步观察菌体形态变化,在初筛阶段区分真实抑菌效果、药物结晶以及溶剂干扰,大幅降低假阳性比例。

初筛核心目标:快速筛选具备抑制活性的候选化合物;主要判定指标为AUC生长抑制率、菌体像素总面积时序曲线;可选择4~6 h提前判定,无需等待传统16~20 h终点读数,进一步压缩整体实验周期。


二 实验前期准备(高通量前置标准化,减少上机等待时间)

1 化合物库预处理规范

所有受试化合物统一配制高浓度母液,推荐100×储备液,使用0.22 μm无菌滤膜过滤除菌;按照化合物编号建立信息清单,记录溶剂类型、储备浓度。

尽量统一溶剂体系,常用DMSO、甲醇等;严格控制体系内溶剂终浓度,通常不高于1%,避免溶剂自身产生抑菌作用;单独配制溶剂对照母液。

提前排查溶解度极差、极易析出沉淀的化合物,减少上机后大量假阳性干扰;高色素天然提取物单独分组做好标记。

2 菌株标准化制备

受试细菌使用MH肉汤连续传代2次,培养至对数生长期,统一调整终接种浓度5×10⁵ CFU/mL;真菌采用RPMI 1640培养基,孢子终浓度1×10⁴ CFU/mL。

大批量统一配制菌悬液并分装备用,保证多块微孔板接种浓度保持一致,消除批次间差异。

3 仪器参数优化(高通量快速扫描专用参数)

提前24 h将恒温培养箱稳定至目标温度,oCelloScope放入箱内预热2 h,完成光路灰度校准,采集空白培养基BCA基线模板。

高通量快速扫描参数设置:

采用稀疏分层Z轴扫描模式,覆盖孔底主要菌体分布区域,缩短单块微孔板扫描耗时;开启SESA静态杂质过滤、动态BCA基线校正;

扫描间隔设置30 min;快速初筛模式总监测时长6 h,需要更高严谨性可延长至12 h;

关闭超高分辨率图像存储,仅保留核心Z轴堆栈图像,降低存储压力与扫描耗时。

优化参数后,整块96孔板单次完整扫描控制在3 min以内,保障时序任务按时执行。


三 96孔微孔板标准化排布(单浓度高通量初筛布局)

1 孔板布局

微孔板外圈全部填充无菌培养基作为蒸发缓冲孔,缓解边缘蒸发效应。

板内有效区域:每孔对应1个受试化合物,设置单一终浓度开展初筛,常规初筛浓度可选用128 μg/mL或对应摩尔浓度。

每块微孔板统一设置全套对照组:

阳性生长对照:菌液+培养基,无化合物;

阴性空白对照:无菌培养基,无菌株;

溶剂对照:菌液+最高浓度溶剂;

无菌药物对照:代表性化合物浓度搭配无菌培养基,用于识别沉淀引发的假阳性。

2 标准化加样流程

加样顺序固定为无菌培养基→化合物母液→标准化菌悬液,轻柔吹打混匀,每孔终体积统一100 μL。

全部加样完成后300 g低速离心1 min,去除孔内微小气泡;使用疏水透气封板膜密封微孔板;放置于同温操作台静置30 min平衡温度,减少冷凝水生成。

多块微孔板分批制备,第一块微孔板上机运行期间,同步完成下一块微孔板加样预处理,实现连续不间断上机,最大化单日筛选通量。


四 连续上机高通量运行完整操作流程

1 第一块微孔板上机

微孔板平稳放置于设备板架并锁紧卡扣;UniExplorer软件新建时序任务,载入预设高通量扫描参数、BCA基线模板;录入微孔板化合物编号清单,启动全自动时序扫描。

系统持续采集菌体像素总面积、等效TA浊度,自动保存时序图像堆栈。

2 批次轮换操作规范

当前微孔板运行至设定监测时长,任务结束,及时备份工程文件并导出数据。

取出微孔板,清洁设备板架;放入预先制备完成的下一块微孔板,重新载入基线模板,启动新一轮扫描;多板依次循环运行。

设备持续放置在恒温培养箱内部,无需反复取出整机,仅更换微孔板,减少温度波动以及设备反复预热消耗的时间。

3 实时初步筛查

UniExplorer软件支持实时查看生长曲线,运行至4 h即可初步判别明显活性化合物,提前标记阳性候选,减轻后期数据分析工作量。


五 高通量初筛数据判定标准(快速区分活性/无活性,过滤假阳性)

1 定量指标阈值

以阳性对照组AUC生长面积作为基准,计算各组化合物AUC生长抑制率;

抑制率≥50%初步判定为活性候选化合物,进入后续MIC梯度精筛;

抑制率<30%直接判定无活性,予以淘汰;

30%~50%区间列为可疑样品,调取时序图像逐一复核。

2 图像复核核心规则(规避假阳性)

若TA浊度数值上升,但时序图像没有持续增殖菌体,仅存在静态结晶、沉淀,判定为假阳性,直接剔除;

像素面积持续上升,图像可见菌体不断增殖,判定无抑菌活性;

像素面积长期维持低位,图像中菌体数量无明显增长,判定具备抑菌潜力。

3 初筛结果分级清单

一级候选(强活性):AUC抑制率≥70%;

二级候选(中等活性):50%≤抑制率<70%;

可疑样品:30%≤抑制率<50%,需要人工复核图像;

无活性样品:抑制率<30%,直接淘汰。


六 数据导出、自动化整理与后续实验衔接

1 数据导出规范

每块微孔板实验结束后备份完整工程文件;导出UTF-8编码CSV时序数据;批量导出候选化合物关键时间点图像。

汇总所有化合物抑制率,建立总筛选数据表,同步标注假阳性剔除记录。

2 初筛与精筛衔接流程

初筛得到的一、二级候选化合物,后续采用2倍浓度梯度开展动力学MIC实验,同步测定AUC抑制面积、观察菌体裂解、丝状化等形态变化;

无活性化合物直接归档,不再开展梯度实验,大幅节约耗材与仪器使用时长。


七 实验质控与通量提升关键优化要点

1 通量提升措施

启用快速扫描参数,缩短单层扫描耗时;优先采用6 h快速初筛模式,不强制开展20 h全程监测;

样品分批制备,仪器不间断轮替上板,消除设备空窗等待时间;

初筛阶段统一采用单一化合物浓度,浓度梯度实验后置至精筛阶段。

2 常见干扰防控

天然提取物、中药、多肽体系极易析出沉淀,必须依靠无菌药物对照组结合SESA算法区分杂质与活菌;

严格控制溶剂终浓度,每一块微孔板配套独立溶剂对照;

复孔变异系数>20%的孔位做好标记,数据分析时予以剔除。

3 污染防控

化合物母液完成无菌过滤;移液枪枪头一次性使用;操作区域定期紫外消毒,避免孔间交叉污染。


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