분석법

3. 일반적인 단계

분석은 사전 분석, 분석, 사후 분석 단계로 이루어진다.^[27] 각 단계별 주요 내용은 다음과 같다.

• 사전 분석 단계: 분석 의뢰, 시료 채취, 운반, 처리 등 분석 전에 수행되는 모든 과정을 포함한다. 이 단계는 전체 분석 오류의 32-75%를 차지할 수 있다.^[28]
• 분석 단계: 시료 처리 및 조작, 표적 특이적 식별, 신호 증폭, 신호 검출 및 해석, 신호 향상 및 노이즈 필터링 등의 과정을 거친다.
• '''시료 처리 및 조작''': 원심분리, 세척, 여과, 선택적 결합 등의 방법을 통해 분석 대상을 식별 가능한 형태로 만든다. 면역학적 분석에서 에피토프 검색을 하거나, 질량 분석법에서 표적을 조각으로 절단하는 과정도 포함된다.
• '''표적 특이적 식별''': PCR 분석에서 특정 올리고뉴클레오타이드 프라이머가 표적에 고유한 뉴클레오티드 서열과 염기쌍을 이루는 것처럼, 생물학적 물질의 특성을 이용하여 특정 표적("분석물")을 식별한다.
• '''신호 증폭''': PCR 분석에서 DNA 중합효소가 특정 표적 DNA를 수백만 배로 증폭시키는 것처럼, 분석물의 존재 및 양을 측정 가능한 신호로 변환한다.
• '''신호 검출 및 해석''': 증폭된 신호를 정량적 또는 정성적으로 해석 가능한 형태로 만든다.
• '''신호 향상 및 노이즈 필터링''': 분석 과정에서 발생하는 노이즈를 줄이고 신호를 강화한다. 좁은 대역 통과 광학 필터, 차단 시약, 소광 시약 등이 사용될 수 있다.
• 사후 분석 단계: 분석 결과 문서화, 검증, 전달 등의 과정을 포함한다.

4. 분석 유형

분석은 측정 시간 및 횟수, 검출된 분석물 수, 결과 유형, 샘플 유형 및 방법, 신호 증폭 여부, 탐지 방법 및 기술 등 다양한 기준에 따라 분류할 수 있다.

측정되는 분석물의 수에 따라 단순 분석과 다중 분석법으로 나뉜다. 단순 분석은 하나의 분석물만을 측정하는 반면, 다중 분석은 여러 분석물을 동시에 측정하여 면역학, 유전학, 약동학 등 다양한 분야에서 효율적인 샘플 검사를 가능하게 한다.^[7]

결과 유형에 따라서는 정성 분석법, 반정량 분석법, 정량 분석법, 기능 분석법으로 나뉜다.^[1] 정성 분석법은 합격/불합격, 양성/음성처럼 정확한 양이 아닌 정성적인 등급을, 반정량 분석법은 1+~4+와 같이 대략적인 척도로 나타낸다. 정량 분석법은 VWF 항원 분석법처럼 정확한 수치로 측정하며, 기능 분석법은 리스토세틴 보조인자 분석법과 같이 활성 물질의 양과 기능을 함께 측정한다.

샘플 유형 및 방법에 따라서는 생물학적 분석, 리간드 결합 분석, 면역 분석법 등으로 분류된다. 생물학적 분석은 생체 내/외 실험과 같이 살아있는 유기체의 활동을 이용한다. 리간드 결합 분석은 리간드가 수용체에 결합하는 정도를, 면역 분석법은 항원-항체 반응을 이용한다.

신호 증폭 여부에 따라 효소 분석, 광 검출 시스템, 방사성 동위원소 표지, 중합 효소 연쇄 반응 분석 등으로 나뉜다. 효소 분석은 효소 작용으로 인한 변화를, 광 검출 시스템은 빛 증폭을, 방사성 동위원소 표지는 방사성 동위원소를 이용해 검출하며, 중합 효소 연쇄 반응 분석은 DNA/RNA 표적 자체를 증폭시킨다.

탐지 방법 및 기술에 따라 집락 형성, 광도법/분광 광도법, 투과율, 탁도법, 네펠로법, 반사 측정법, 점탄성 측정, 계수 분석, 이미지 분석, 전기적 검출, 기타 물리적 특성 기반 분석 등으로 분류 가능하다.

4. 1. 측정 시간 및 횟수

• '''종말점 분석법'''은 고정된 배양 기간 후에 단일 측정을 수행하는 분석법이다.^[6]
• '''동역학적 분석법'''은 고정된 시간 간격 동안 여러 번 측정을 수행하는 분석법이다. 동역학적 분석법의 결과는 수치적으로 (예: 시간 경과에 따른 신호 변화율을 나타내는 기울기 매개변수) 또는 그래프로 (예: 각 시간 지점에서 측정된 신호의 그래프) 시각화될 수 있다. 동역학적 분석법의 경우, 시간에 따른 측정된 반응의 크기와 형태 모두 중요한 정보를 제공한다.^[6]
• '''고속 처리 분석법'''은 일반적으로 96, 384 또는 1536웰 마이크로플레이트 형식('''고속 처리량 스크리닝''')의 자동화된 플랫폼에서 수행되는 종점 분석법 또는 동역학적 분석법일 수 있다. 이러한 분석법은 다수의 화합물 또는 분석물을 테스트하거나, 자극 및/또는 테스트 중인 화합물에 대한 반응으로 기능적 생물학적 판독값을 얻을 수 있다.^[6]

4. 2. 검출된 분석물 수

4. 3. 결과 유형

• '''정성 분석법'''^[1]: 일반적으로 합격 또는 불합격, 양성 또는 음성과 같이 정확한 양이 아닌 소수의 정성적 등급만 제공하는 분석법이다.
• '''반정량 분석법'''^[1]: 물질의 양을 정확한 숫자가 아닌 대략적인 방식으로 나타내는 분석법이다. 예를 들어 1+에서 4+까지의 척도로 점수를 매기는 경우가 있다. 이는 혈액형 검사에서 혈액형 시약(혈액형 항원에 대한 항체)에 대한 반응으로 응집된 적혈구(RBC)를 기반으로 사용된다.^[1]
• '''정량 분석법'''^[1]: 시료 내 물질의 양을 정확하고 정확한 수치로 측정하는 분석법이다. 폰빌레브란트병에 사용되는 응고 검사의 예시로, VWF 항원 분석법은 면역 분석법으로 혈액 시료에 존재하는 VWF의 양을 측정한다.^[1]
• '''기능 분석법'''^[1]: 활성 물질의 양뿐만 아니라 그 기능을 정량화하려는 분석법이다. VWF 항원 분석법의 기능적 대응물은 리스토세틴 보조인자 분석법으로, 외인성 포름알데히드-고정 혈소판을 첨가하고 리스토세틴이라는 약물의 양을 점차 증가시키면서 고정된 혈소판의 응집을 측정하여 환자의 혈장에 존재하는 VWF의 기능적 활성을 측정한다.^[1] 리스토세틴 유도 혈소판 응집 (RIPA)는 리스토세틴 및 VWF에 대한 환자의 내인성 살아있는 혈소판의 반응을 테스트한다.^[1]

4. 4. 샘플 유형 및 방법

• 생체 내(in vivo) 실험: 쥐와 같이 살아있는 동물 전체에 약물 등을 투여하여 반응을 관찰한다.
• 생체 외(ex vivo) 실험: 개구리 다리, 개 심장, 장의 일부 등과 같이 생체에서 분리된 신체 부위, 기관, 조직 등을 이용하여 반응을 관찰한다.
• 세포(예: 혈소판)를 이용한 실험
• 조직(예: 말발굽 게 용해물)을 이용한 실험

4. 5. 신호 증폭

• '''효소 분석''': 효소는 여러 기질에 대해 반복적으로 작용하여 기질이 줄어들거나 생성물이 만들어질 때 나타나는 색, 특정 파장이나 빛의 흡광도, 전기화학발광, 전기/산화 환원 활성 등의 변화를 측정하여 분석할 수 있다.
• '''광 검출 시스템''': 광다이오드, 광전자 증배관, 냉각 전하 결합 소자 등을 사용해 빛을 증폭시켜 측정한다.
• '''방사성 동위원소 표지''': 방사면역 측정법 및 평형 투석 분석법에 사용되며, 감마 계수기, X선 필름, 광자극 발광 장치에서 증폭을 통해 검출할 수 있다.
• '''중합 효소 연쇄 반응 분석''': DNA (또는 RNA) 표적 자체를 증폭시킨다.
• '''조합 방법''': 감도를 높이기 위해 위에서 언급된 방법들과 다른 증폭 방법을 함께 사용한다. 예를 들어 효소 결합 면역 분석법 (EIA), 효소 결합 면역 흡착 분석법 등이 있다.

4. 6. 탐지 방법 및 기술

• 집락 형성: 콜로니를 형성하거나 가상 콜로니 수를 측정한다. 예를 들어 박테리아를 증식시키거나 세포를 증식시켜 그 수를 세거나 크기 등으로 측정한다.^[30]

• 광도법/분광 광도법: 액체 시험 시료의 큐벳을 통해 고정된 경로 길이의 빛을 통과시키면서 특정 파장의 빛의 흡광도를 측정하고, 그 흡광도를 블랭크 및 표준물질과 비교하여 목표 화합물의 등급을 매긴다. 방출된 빛이 특정 가시광선 파장인 경우 이를 비색법이라고 한다. 레이저를 사용하여 매우 특정한 파장의 광학 필터를 통해 감지되는 다른 특정 파장의 형광 신호를 방출하는 방식을 사용할 수 있다.

• 투과율: 빛의 투과율은 혈소판 응집 반응 동안 덩어리 수 감소로 인해 부유 입자에 의해 생성된 액체의 불투명도를 측정하는 데 사용될 수 있다.

• 탁도법: 액체 샘플을 통과하는 직선 투과광의 불투명도가 광원을 가로질러 직선으로 배치된 검출기로 측정된다.

• 네펠로법: 빛의 광선이 용액을 통과할 때 발생하는 광산란의 양을 측정하여 시료에 있는 입자의 크기 및 농도 및 크기 분포를 결정한다.^[8]

• 반사 측정법: (일반적으로 건조한) 샘플 또는 반응물에서 반사된 빛의 색상을 평가한다. 예를 들어 스트립 소변 계량봉 분석의 자동 판독에 사용된다.

• 점탄성 측정: 점도계, 탄성조영술(예: 혈전탄성조영술) 등이 있다.

• 계수 분석: 광학 Flow cytometric 셀 또는 입자 계수기 또는 coulter/임피던스 원리 기반 세포 계수기 등이 있다.

• 이미지 분석:
• 세포 계측법: 세포의 크기 통계가 이미지 프로세서에 의해 평가된다.

• 전기적 검출: 전류 측정법, 전압 전류법, 전위차 측정법과 관련된 많은 유형의 정량적 측정에 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있다.

• 기타 물리적 특성 기반 분석:
• 삼투압계
• 점도계
• 이온 선택 전극
• 증후군 검사

5. 측정 대상

분석법에서 측정 대상은 다음과 같다.

• '''DNA''': DNase 발자국 분석, 필터 결합 분석, 젤 이동 분석
• '''단백질''': 바이신코닌산 분석법(BCA 분석법), 브래드포드 단백질 분석법, 로우리가 단백질 분석법^[9], 분비 분석법
• '''RNA''': 핵 전사체 분석, 리보솜 프로파일링
• '''세포''': 세포 계수 분석은 살아있는 세포, 죽은 세포, 또는 세포 유형 비율(예: 백혈구와 적혈구 수)을 측정한다. 측정 방법에는 광 투과, 전류 변화(물리적 방법), 세포 구조 및 생리학 탐구(생화학적 방법, 염색) 등이 있다. 세포 배양 모니터링(세포 증식 또는 세포 독성 분석)에도 활용된다.

• MTT 분석, 세포 계수 키트-8 (WST-8 기반), SRB (설포로다민 B) 분석, CellTiter-Glo® 발광 세포 생존능력 분석
• 세포 계수 기기 및 방법: CASY 세포 계수 기술, 콜터 계수기, 전기 세포-기질 임피던스 감지
• 세포 생존능력 분석: 레사주린 방법, ATP 검사, 에티듐 호미머 이량체 분석(죽거나 죽어가는 세포 검출), 세균학적 물 분석, 집락 형성 분석 등

• '''환경 및 식품 오염 물질''': 비스페놀 F는 환경 오염 물질 중 하나이며, 수생 독성 시험을 통해 연구된다.
• '''계면활성제''': MBAS 분석법은 물 속의 음이온성 계면활성제를 검출하는 데 사용되며, 푸른색 반응을 통해 확인한다.
• '''기타 세포 분석''':
• 루시퍼라제, 셀렌테라진 등을 사용한 칼슘 신호 분석^[1]
• 현미경을 이용한 세포 면역 염색법(면역조직화학 또는 형광), ELISpot을 포함한 광도계에 의한 마이크로플레이트 상의 광도법, 유세포 분석^[1]
• DNA 마이크로어레이, 생체 내 혼성화, PCR, 계산 유전체학 및 형질 감염과 결합된 분자 생물학 기술; 세포 분획 또는 면역 침전법^[1]
• 이동 분석, 주화성 분석^[1]
• 분비 분석^[1]
• DNA 사다리 형성 분석, 니콜레티 분석 등 세포 사멸 분석^[1]
• 화학 감수성 분석은 암 약물에 의해 사멸되는 종양 세포의 수를 측정한다.^[1]
• 테트라머 분석은 항원 특이적 T 세포를 감지한다.^[1]
• 겐타마이신 보호 분석은 병원체(박테리아)가 진핵 세포에 침입하는 능력을 평가한다.^[1]
• 전이 분석^[1]
• '''석유화학''': 원유 분석은 원유의 화학적 조성을 평가한다.
• '''바이러스학''':
• HPCE 기반 바이러스 역가 분석법은 바큘로바이러스의 역가를 측정한다.
• 트로파일 분석법은 HIV 트로피즘을 결정한다.
• 바이러스 플라크 분석법은 샘플에 존재하는 바이러스의 수를 계산한다.
• '''세포 분비물''': ELISA 기술을 사용하여 특정 항체 또는 사이토카인을 검출할 수 있다. ELISPOT 분석을 통해 특정 물질을 분비하는 세포의 수를 확인할 수 있다.^[1]
• '''약물''': 불법 약물 검사, 방사성 리간드 결합 분석, 도핑 검사

5. 1. DNA

• DNase 발자국 분석
• 필터 결합 분석
• 젤 이동 분석

5. 2. 단백질

5. 3. RNA

• 핵 전사체 분석
• 리보솜 프로파일링
• Nuclear run-on|핵 런온 분석^영어
• Ribosome profiling|리보솜 프로파일링 분석^영어

5. 4. 세포

• MTT 분석
• 세포 계수 키트-8(WST-8 기반 세포 생존능력 분석)
• SRB (설포로다민 B) 분석
• CellTiter-Glo® 발광 세포 생존능력 분석
• 세포 계수 기기 및 방법: CASY 세포 계수 기술, 콜터 계수기, 전기 세포-기질 임피던스 감지
• 세포 생존능력 분석: 레사주린 방법, ATP 검사, 에티듐 호미머 이량체 분석 (죽거나 죽어가는 세포 검출), 세균학적 물 분석, 집락 형성 분석 등

5. 5. 환경 및 식품 오염 물질

5. 6. 계면활성제

5. 7. 기타 세포 분석

• 루시퍼라제, 셀렌테라진, CFSE 또는 칼세인을 사용한 칼슘 신호 분석을 이용한 리포터 분석^[1]
• 현미경을 이용한 슬라이드 상의 세포 면역 염색법(면역조직화학 또는 형광), ELISpot (및 변종 FluoroSpot)을 포함한 광도계에 의한 마이크로플레이트 상의 광도법 (B세포 또는 항원 특이적 세포를 열거), 유세포 분석에 의한 용액 분석^[1]
• DNA 마이크로어레이, 생체 내 혼성화, PCR, 계산 유전체학 및 형질 감염과 결합된 분자 생물학 기술; 세포 분획 또는 면역 침전법^[1]
• 이동 분석, 주화성 분석^[1]
• 분비 분석^[1]
• DNA 사다리 형성 분석, 니콜레티 분석, 카스파제 활성 분석, Annexin V 염색과 같은 세포 사멸 분석^[1]
• 화학 감수성 분석은 암 약물에 의해 사멸되는 종양 세포의 수를 측정한다.^[1]
• 테트라머 분석은 항원 특이적 T 세포의 존재를 감지한다.^[1]
• 겐타마이신 보호 분석 또는 생존 분석 또는 침입 분석은 병원체(박테리아)가 진핵 세포에 침입하는 능력을 평가한다.^[1]
• 전이 분석^[1]

5. 8. 석유화학

5. 9. 바이러스학

5. 10. 세포 분비물

5. 11. 약물

• 불법 약물 검사
• 방사성 리간드 결합 분석
• 도핑 검사

6. 신뢰도 및 품질 관리

여러 분석법이 동일한 대상을 측정할 때, 그 결과와 유용성은 분석법의 특성, 방법론, 신뢰도 등에 따라 비교될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 이러한 비교는 분석법의 일반적인 품질 속성 연구를 통해 이루어진다.

다음은 분석법 비교 시 고려해야 할 요소들이다.

의료 진단 및 예후, 환경 분석, 법의학 절차, 제약 연구 개발 등 전문적인 목적으로 분석을 수행하는 기관이나 실험실은 잘 규제된 품질 보증 절차를 거쳐야 한다.

또한, 관련 규제 기관의 적절한 인증을 문서화하여 분석의 신뢰성을 확립해야 한다. 이는 특히 분석 결과의 품질에 대해 법적으로 허용되고, 책임을 유지하며, 고객이 분석을 상업적/전문적으로 사용하도록 설득하는 데 중요하다.

7. 바이오 분석 데이터베이스

생물 활성 데이터베이스는 문헌, 특허 및 스크리닝 프로그램에서 얻은 생물 검정법의 생물 활성 결과와 구조 또는 기타 화학 정보를 연관시킨다.

프로토콜 데이터베이스는 바이오어세이의 결과를 실험 조건이나 프로토콜 설계에 관한 메타데이터와 연결한다.

8. 관련 항목

• 적혈구 응집 반응
• 분석화학
• MELISA
• 멀티플렉스 (분석)
• 의약품 화학
• 적정

참조

_[1] 서적 The American heritage dictionary of the English language Houghton Mifflin 2006
_[2] 서적 The new Oxford American dictionary https://archive.org/[...] Oxford University Press 2001
_[3] 웹사이트 Online Etymology Dictionary - Assay http://www.etymonlin[...] Douglas Harper 2016-08-13
_[4] 논문 Errors in laboratory medicine. 2002-05
_[5] 논문 A Review of Medical Errors in Laboratory Diagnostics and Where We Are Today: Table 1 2012-02-01
_[6] 웹사이트 Assay Guidance Manual [Internet] https://www.ncbi.nlm[...] Eli Lilly & Company and the [[National Center for Advancing Translational Sciences]] 2016-08-12
_[7] 웹사이트 Multiplexed Assays in the Life Sciences http://www.biotek.co[...] "[[BioTek]] Instruments Inc" 2016-08-13
_[8] 웹사이트 Nephelometry http://medical-dicti[...] Farlex 2016-09-09
_[9] 논문 Protein measurement with the Folin phenol reagent http://www.jbc.org/c[...] 1951-11
_[10] 서적 Bioinformatics and Drug Discovery 2019
_[11] 논문 PubChem BioAssay: 2017 update 2017-01-04
_[12] 웹사이트 Home https://assay.biomet[...]
_[13] 웹사이트 The American heritage dictionary of the English language Houghton Mifflin 2006
_[14] 웹사이트 The new Oxford American dictionary https://archive.org/[...] Oxford University Press 2001
_[15] 웹사이트 Online Etymology Dictionary - Assay http://www.etymonlin[...] Douglas Harper 2016-08-13
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_[17] 논문 A Review of Medical Errors in Laboratory Diagnostics and Where We Are Today: Table 1 2012-02-01
_[18] 웹사이트 Assay Guidance Manual [Internet] https://www.ncbi.nlm[...] Eli Lilly & Company and the [[National Center for Advancing Translational Sciences]] 2016-08-12
_[19] 웹사이트 Multiplexed Assays in the Life Sciences http://www.biotek.co[...] "[[BioTek]] Instruments Inc" 2016-08-13
_[20] 웹사이트 Nephelometry http://medical-dicti[...] Farlex 2016-09-09
_[21] 논문 Protein measurement with the Folin phenol reagent http://www.jbc.org/c[...] 1951-11
_[22] 논문 Post-processing of Large Bioactivity Data. 2019
_[23] 논문 PubChem BioAssay: 2017 update 2017-01-04
_[24] URL https://assay.biomet[...]
_[25] 서적 The American heritage dictionary of the English language Houghton Mifflin 2006
_[26] 서적 The new Oxford American dictionary https://archive.org/[...] Oxford University Press 2001
_[27] 저널 Errors in Laboratory Medicine http://dx.doi.org/10[...] 2002-05-01
_[28] 저널 A Review of Medical Errors in Laboratory Diagnostics and Where We Are Today: Table 1 http://dx.doi.org/10[...] 2012-02
_[29] 간행물 Multiplexed Assays in the Life Sciences BioTek Instruments Inc 2016-08-13
_[30] 간행물 Nephelometry Farlex 2016-09-09