一種基於微量元素分布特徵的抗癌藥物篩選方法
2023-06-14 08:22:56 2
專利名稱：一種基於微量元素分布特徵的抗癌藥物篩選方法
本專利涉及一種以荷瘤動物體內某些部位多種微量元素含量空間的分布特徵為指標，篩選抗腫瘤藥物的方法。
微量元素與腫瘤是當今國際科學界引人矚目的嶄新領域，隨著生命科學的發展，尤其是痕量分析技術的提高和生物醫學成果的不斷湧現，微量元素與人的生、老、病、死聯繫在一起，而且發現許多疾病的發生和發展與微量元素有關。大量的研究證明微量元素在生命活動中起著重要的作用，是多種生物分子和代謝過程中起調控作用的物質。生物體中多種微量元素的含量與其所處的狀態和功能具有密切的聯繫。微量元素與腫瘤關係的認識可上溯到16世紀，瑞士籍鍊金術傳統的鼻祖巴拉賽爾蘇(Paracelsus)基於生命是一個化學過程的設想指出「鹽平衡的破壞是惡性腫瘤的原因，並認為腫瘤是體內存在的三種「基本物質」鹽、硫和汞不再互相協調，從而鹽就具有了「砷」的特性致惡性腫瘤的假說。其後，國內外學者大量的研究發現，腫瘤的發生、發展和轉歸與體內微量元素如銅、鐵、硒、砷等等的含量和代謝密切相關。臨床上已有報導，將血液中某些微量元素的含量和相互變化關係作為腫瘤發生、發展、治療效果評價和轉歸的指標。雖然不象可堪稱為生命化學先驅的巴拉賽爾蘇(Paracelsus)所設想的那樣，腫瘤是由體內存在的三種「基本物質」鹽、硫和汞不再互相協調之故，但他提出的腫瘤是與體內某些元素不平衡有關的設想，對微量元素與腫瘤內在聯繫多學科和深入研究提供了啟示。應用數學的發展對事物特徵的把握提供了大量的方法，特別模式識別方法的發展和完善，為事物和運動進程的把握提供了良好的方法。本發明是以調整多種微量元素含量的空間分布的為目標，從實現微量元素平衡的角度建立的篩選防治腫瘤藥物的方法。
藥物治療在腫瘤治療中佔有重要地位。尋找有效的抗腫瘤藥物篩選方法是當今醫藥和生物界的重點研究內容之一，任何有益的探索都會產生巨大的社會效益和經濟價值。從整體、體外和分子的角度已有很多的篩選藥物方法，但從微量元素的角度進行抗腫瘤藥物篩選尚未見報導和相關的文獻。當代醫藥學的發展表明，腫瘤治療藥物的研製和開發依賴對腫瘤深入正確的認識和合理的篩選方法，目前臨床抗腫瘤效的藥物，絕大多數是經抗腫瘤篩選而來，整體移植性腫瘤作為藥用物質的「篩選系統」常常以荷瘤動物的存活狀態、移植腫瘤的大小為指標來判斷療效，評價方法易受各種因素的影響。目前對於多組分、多靶點作用的藥物缺乏很好的器官或組織水平的評價方法，而藥物對任意組織或器官的作用沒有一個可行的判斷指標。發明人及其研究組的工作表明，腫瘤不僅是局部，而且是整體微量元素分布特徵性紊亂的疾病，調整體內紊亂的微量元素分布是防治腫瘤的重要途徑。本發明依據腫瘤發生、發展和轉歸的不同狀態下，體內各個組織部位多種微量元素含量的分布特徵與腫瘤生長和個體存活之間具有規律性變化的特點，以多種微量元素分布特徵為判據，建立新的藥物篩選模型，從調整微量元素平衡的角度提供創製和篩選抗腫瘤的有效藥物。本發明的目的是為提供一種客觀、新型的抗腫瘤藥物篩選模型，從調整微量元素平衡的角度篩選抗腫瘤的有效藥物。為臨床防治腫瘤服務。
已有的各種整體抗腫瘤篩選模型評判效果常以局部腫瘤的大小或生存狀態或時間來判定，指標較單一，不能通過多種組織、器官的功能或特徵採評判腫瘤的治療效果。本發明從任意組織或器官微量元素含量的空間分布為作用靶點，從微量元素分布特徵揭示和評價藥物的作用特點，是兼顧整體和局部來創製和篩選抗腫瘤藥物的一個新的方法。不僅可用於抗腫瘤藥物，特別是中藥複方抗腫瘤的篩選，而且可用於臨床抗腫瘤藥物效果的評價。
實現方法為動物和人體在正常、腫瘤以及用藥的情況下有著不同的微量元素分布特徵，測定多個微量元素在任意組織的含量並建立相關的數學分布模型，可以觀察到正常、腫瘤和藥物治療各自的微量元素數學分布情形，並由此可判斷所用抗腫瘤藥物的效果，從而可以建立篩選抗腫瘤藥物的模型。建模的條件為隨機分組設立正常組、荷瘤組、陽性藥物組及篩選組，測定組織或器官(如腦、心、肺、肝、腎、肌肉等)中的微量元素(如鈷(Co)，鉻(Cr)，銫(Cs)，鐵(Fe)，汞(Hg)，銣(Rb)，硒(Se)，鋅(Zn)，銅(Cu)，鍶(Sr)，鈧(Sc)，銻(Sb)，錳(Mn)等)的含量。將各微量元素進行數學歸一化處理，通過計算得到正常組、荷瘤組及篩選組的組類中心。利用篩選組到正常組和荷瘤組的距離，來判斷該藥物的效果。篩選組離正常組的距離或離腫瘤組的距離作為判斷抗腫瘤藥物效果的依據。
具體步驟為測定正常組、腫瘤組組織或器官(如腦、心、肺、肝、肌肉，毛髮等)中的微量元素鈷(Co)，鉻(Cr)，銫(Cs)，鐵(Fe)，汞(Hg)，銣(Rb)，硒(Se)，鋅(Zn)，銅(Cu)，鍶(Sr)，鈧(Sc)，銻(Sb)，錳(Mn)等的含量，確定正常組、腫瘤組組織或器官中多種微量元素含量空間形成的分布類別。以此來判斷正常狀態、腫瘤狀態和腫瘤發展的趨勢。即將正常組、腫瘤組的組織或器官多種微量元素進行數學歸一化處理，通過計算得到正常、腫瘤情況下的組類中心，建立判別條件。
(1)用純系動物隨機分為正常組、荷瘤組、待篩抗腫瘤方劑Dα組(α=1,2,…,M)。Dα為待篩的抗腫瘤方劑。將荷瘤組、待篩組皮下接種腫瘤細胞，自接種後次日，Dα組分別給予相應藥物治療，連續給藥一定時間，測量腫瘤大小並在可排除微量元素沾汙的條件下剖取動物任意組織，嚴格質量控制，測定每隻動物各種組織中的鈷(Co)，鉻(Cr)，銫(Cs)，鐵(Fe)，汞(Hg)，銣(Rb)，硒(Se)，鋅(Zn)，銅(Cu)，鍶(Sr)，鈧(Sc)，銻(Sb)，錳(Mn)等的含量，對於任一組織或器官，第k只動物的微量元素可以如下表示Xk=xk,1xk,2xk,n----(k=1,2,,N)]]>其中，xk,1,xk,1,…，xk,n分別是該組織中不同微量元素的含量。
(2)某一目標組織中，對樣本同一微量元素進行統計檢驗(如t檢驗)，並找到它的最大值和最小值，然後將該組織微量元素進行數學歸一化處理，即xk,i=xk,1-min1maxi-min1----(i=1,2,,n)]]>其中max,min，分別是i微量元素在所有動物中的最大值和最小值。各組微量元素中心定義為
其中，xi-=1NIk=1Nixk,i(i=1,2,,n)]]>，Ni為該組實測第ⅰ種微量元素的數目。因此，正常組(Normal)、荷瘤組(Cancer)、篩選Dα組(α=1,2,…,M)的微量組類中心分別表示為XN-,XC-,XD1-,,XDM-]]>。
(3)利用歐氏距離作為判斷Dα藥物效果的依據。歐氏距離定義為E2(X,X-)=1n(X-X-)T(X-X-)]]>n為X矢量的維數或測得微量元素的個數。於是，篩選組動物到正常組和荷瘤組微量元素分布中心的歐氏距離可以表示如下
篩選組到正常組中心的距離越小，說明微量元素越接進正常分布；離荷瘤組中心的距離越大，則離開腫瘤的狀況越遠，因此對腫瘤具有較大的抑制作用。同時，E2(X,XN)和E2(X,XC)的大小關係也是判斷藥物效果的標準。E2(X,XN)＜E2(X,XC)，則說明用藥後，篩選組動物的微量元素分布趨向正常分布，因此可以作為判斷藥物效果的依據。根據篩選組動物不同組織器官的微量元素分布趨向正常分布的程度，可以綜合判斷藥物的效果，達到篩選藥物的作用。實施例一用純系Balb/c小鼠隨機分為正常組、荷瘤組、方劑CFP1組。將荷瘤組、CFP1組皮下接種腫瘤細胞。自接種後次日，CFP1組給予藥物治療，連續給藥3周時間，在可排除微量元素沾汙的條件下剖取正常、荷瘤和給藥組動物的各種組織，測定每隻小鼠各種組織中的鈷(Co)，鉻(Cr)，銫(Cs)，鐵(Fe)，汞(Hg)，銣(Rb)，硒(Se)，鋅(Zn)，銅(Cu)，鍶(Sr)，鈧(Sc)，銻(Sb)，錳(Mn)等的含量。
例以動物心臟的微量元素分布判別藥物治療效果。
(1)接種H22腫瘤細胞，3周後，在排除微量元素汙染的情況下，取小鼠心臟，清洗除去血液，測定鈷(Co)，鉻(Cr)，銫(Cs)，鐵(Fe)，汞(Hg)，銣(Rb)，鈧(Sc)，硒(Se)，鋅(Zn)，銅(Cu)，錳(Mn)的含量。
(2)利用統計檢驗，進行初步的數據分析，並得到各個微量元素的最大值和最小值，進行歸一化處理。
例如鋅(Zn)含量的最大值和最小值分別為8.930×10+1ppm,4.270×10+1ppm。鋅(Zn)的含量為6.768×10+1ppm時，則歸一化後的含量為6.76810+1-4.27010+18.93010+1-4.27010+1=0.5361]]>將所有微量元素依例進行歸一化處理。
(3)計算正常組和腫瘤組的類中心，即在每類中計算各個微量元素的平均值，如鋅(Zn)在正常組中的平均值為0.624，而在腫瘤組中平均值為0.690。
(4)計算CFP1組所有小鼠到正常組和荷瘤組中心的歐氏距離，例如CFP1組3號小鼠測得(1)中所述微量元素，歸一化之後可表示為XT=(04469,0.0576,0.2852,01614,0.4934,0 5670,0.0506,01836,0.9322,0.3092,0.0689)正常組中心矢量XNT=(0.578,0.460,0.491,0.462,0.425,0.708,0516,0.477,0.624,0.341,0.364)荷瘤組中心矢量XCT=(0.453,0.312,0.555,0.493,01.99,0594,0.626,0.398,0.690,0.373,0.500)據歐氏距離的定義，計算得到該小鼠到正常組和荷瘤組中心的距離，並將結果乘以100，則E2(X,XN-)=111(X-XN-)T(X-XN-)100=7.48]]>E2(X,XC-)=111(X-XC-)T(X-XC-)100=8.73]]>因為E2(X,XN)＜E2(X,XC)，即小鼠到正常組中心較近，所以判斷該小鼠治療有效。對CFP1組任意小鼠個體的判斷結果用下表表示
實驗研究表明，CFP1具有顯著的抑制小鼠H22腫瘤生長的作用，同時能延長荷H22腫瘤小鼠的存活時閫，顯著地改善荷瘤小鼠的生存狀態，形態學觀察表明，CFP1具有顯著的抗腫瘤作用，對腹水型腫瘤細胞和實體瘤細胞均有有顯著的抑制作用，對實體腫瘤使健存瘤細胞數明顯減少，壞死面積百分比增加。腫瘤的包膜較對照組完整且厚度增加，瘤組織周邊炎性細胞反應明顯，腫瘤組織外周可見反應性增生的淋巴結；在腹水瘤小鼠的腹腔內，滲出的炎性細胞增多，瘤細胞胞漿豐富，核分裂象不活躍。電鏡觀察表明，CFP1對腫瘤細胞的超微結構均有顯著的影響，表現為使瘤細胞表面固有微絨毛減少和排列紊亂，使瘤細胞膜不完整，胞漿中細胞器和核形態結構呈現去惡化的改變。與CFP1調整多種微量元素含量空間分布的作用具有較好的對應關係，結果見下表
實施例二用純系Balb/c小鼠隨機分為正常組、荷瘤組、待篩抗腫瘤方劑CFP2組。將荷瘤組、CFP2組皮下接種腫瘤細胞，自接種後次日，CFP2組給予藥物治療，連續給藥3周時間，在可排除微量元素沾汙的條件下剖取動物組織，測定每隻小鼠各種組織中的鈷(Co)，鉻(Cr)，銫(Cs)，鐵(Fe)，汞(Hg)，銣(Rb)，硒(Se)，鋅(Zn)，銅(Cu)，鍶(Sr)，鈧(Sc)，銻(Sb)，錳(Mn)等的含量。
例以動物肺臟的微量元素分布判別藥物治療效果。
(1)接種H22腫瘤細胞，3周後，在排除微量元素汙染的情況下，取小鼠肺臟，清洗除去血液，測定鈷(Co)，鉻(Cr)，銫(Cs)，鐵(Fe)，汞(Hg)，銣(Rb)，鈧(Sc)，硒(Se)，鋅(Zn)，銅(Cu)，錳(Mn)的含量。
(2)利用統計檢驗，進行初步的數據分析。並得到各個微量元素的最大值和最小值，進行歸一化處理。
例如錳(Mn)含量的最大值和最小值分別為1.691×100ppm,4.859×10-1ppm。錳(Mn)的含量為6.554×10-1ppm時，則歸一化後的含量為6.55410-1-4.85910-11.691100-4.85910-1=0.1407]]>將所有微量元素依例進行歸一化處理。
(3)計算正常組和腫瘤組的類中心，即在每類中計算各個微量元素的平均值，(Mn)在正常組中的平均值為0.451，而在腫瘤組中平均值為0.193。
(4)計算CFP2組所有小鼠到正常組和荷瘤組中心的歐氏距離，例如CFP2組1號小鼠測得(1)中所述微量元素，歸一化之後可表示為XT=(0.5335,0.2545,0.6477,0.3105,0.5418,0.4354,0.4148,0.2294,0.5277,1.000,01407)正常組中心矢量XNT=(0.466,0.404,0.536,0.499,0.496,0.675,0.581,0.504,0.574,0.422,0.451)荷瘤組中心矢量XCT=(0.349,0.424,0.482,0.538,0.368,0.599,0.622,0.532,0.665,0.393,0193)據歐氏距離的定義，計算得到該小鼠到正常組和荷瘤組中心的距離，並將結果乘以100，則E2(X,XN-)=111(X-XN-)T(X-XN-)100=6.10]]>E2(X,XC-)=111(X-XC-)T(X-XC-)100=6.58]]>因為E2(X,XN)＜E2(X,XC)，即小鼠到正常組中心較近，所以判斷該小鼠治療有效。對CFP2組任意小鼠個體的判斷結果用下表表示
實驗研究表明，CFP2具有顯著的抑制小鼠H22腫瘤生長的作用，同時能延長荷H22腫瘤小鼠的存活時間，顯著地改善荷瘤小鼠的生存狀態，形態學觀察表明，具有顯著的抗腫瘤作用，對腹水型腫瘤細胞和實體瘤均有顯著的抑制作用，使機體對腫瘤反應加強。電鏡觀察表明，CFP2對腫瘤細胞的超微結構均有顯著的影響，使瘤細胞表面固有微絨毛減少和排列紊亂，使瘤細胞膜不完整，胞漿中細胞器和核形態結構呈現去惡化的改變，與CFP2調整多種微量元素在多個器官和組織含量空間分布的作用具有較好的對應關係，結果見下表
權利要求
1．一種抗腫瘤藥物篩選模型，其特徵為以荷瘤動物組織中微量元素譜的變化為評判藥物療效的指標。
2．如權利要求1篩選模型，其特徵在於隨機分組設立正常組、荷瘤組、陽性藥物組及篩選組，測定組織或器官中的微量元素的含量。將各微量元素進行數學歸一化處理，通過計算得到正常組、荷瘤組、陽性藥物組及篩選組的組類中心。利用篩選組與正常組、陽性藥物組和荷瘤組的組類中心距離及其相互關係，來判斷該藥物的效果。
3．如權利要求2中所需測定的組織、器官為腦、心、肺、肝、腎、肌肉等實質臟器的組織。
4．如權利要求2中所需測定的微量元素為鈷(Co)，鉻(Cr)，銫(Cs)，鐵(Fe)，汞(Hg)，銣(Rb)，硒(Se)，鋅(Zn)，銅(Cu)，鍶(Sr)，鈧(Sc)，銻(Sb)，錳(Mn)元素中的全部或部分元素。
5．如權利要求2所述的篩選模型，其特徵在於依據常規統計方法，對正常組、荷瘤組、陽性藥物組及篩選組微量元素含量進行分布類型分析，所有微量元素進行歸一化處理，確定各組的類中心，確定各種狀態下多種微量元素含量空間形成的分布特徵。
6．如權利要求2所述的篩選方法。其特徵為將篩選組個體測定的多個微量元素逐一進行數學歸一化處理，計算個體到正常、腫瘤及陽性藥物組分布中心的歐氏距離。
7．如權利要求1所述的腫瘤判別方法，其特徵在於個體到正常和腫瘤分布中心的歐氏距離作為判別依據，個體到正常組微量元素分布中心的歐氏距離越小，到腫瘤微量元素分布中心的歐氏距離越大，則判斷效果越好。不僅考慮單一組織中所有個體的效果，而且還考慮所有組織中的總效果，以此法則進行療效判斷，達到篩選藥物的目的。
8．權利要求1所述的方法也可用於腫瘤相關疾病和其它各種疾病的藥物篩選。
全文摘要
新型而有效的抗腫瘤篩選方法對創製和發現抗腫瘤新藥具有重要的意義。本發明以動物體內多個器官、組織在正常和腫瘤、以及腫瘤不同階段,多種微量元素含量的空間分布不同為基礎,採用數學判別方法,描述微量元素不同分布特徵,並且利用藥物治療後,動物體內器官組織新的微量元素分布與正常和腫瘤情況下的關係,來判斷藥物的效果,從而提出並建立了以調整微量元素分布特徵為靶點的抗腫瘤藥物篩選方法。為創製和發現以調整體內微量元素代謝為機制的抗腫瘤的新藥服務。
文檔編號G01N33/15GK1220395SQ97121708
公開日1999年6月23日 申請日期1997年12月15日 優先權日1997年12月15日
發明者高錦, 袁政, 王志新, 潘憲明, 周舒 申請人:中國科學院生物物理研究所