IC50值的应用、检测原理测定方法和数据计算及分析详解
2024-12-27 来源:本站 点击次数:1042小 M, 小 M, 我导儿开始安排测 IC50 了，虽然查文献经常遇到……但还是晕，概念分不清？不懂如何测？有啥区别？确实！大家常在文献中看到 IC50、EC50、ED50 等数值的测定，实验不迷茫~我们先从大家最熟悉的 IC50 值开始。
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IC50 值及其应用场景
IC50 (Half maximal inhibitory concentration) 又叫半数抑制浓度，So，单位是浓度单位，比如 nM、µM 等等。
IC50 用来指示某一药物或者物质 (抑制剂) 对某些生物过程 (包含此过程中的某些物质，如酶，细胞、受体或是微生物) 达到 50% 抑制效果时的浓度。IC50 值越低，表示其抑制效力更强。
我们常在文献中看到 IC50、EC50、ED50 等等数值的测定，这些指标被广泛应用于药物开发、毒理学、基础研究等领域，为理解药物效应和优化治疗策略提供了有力支持。
IC50 值的应用：
1. 药物筛选和开发
- 初步筛选：在药物发现过程中，IC50 值用于筛选潜在的药物候选分子，以确定其对特定靶标如酶抑制的活性。
- 优化化合物：通过比较不同化合物的 IC50 值，研究人员可以优化药物分子的结构，提高其效能。
- 细胞生物学研究：IC50 用于评估化合物对癌细胞或其他细胞类型的毒性，帮助研究其对细胞生长和存活的影响。
- 毒理学研究：在药物安全性评估中，IC50 值用于确定化合物对正常细胞的影响，评估其潜在的副作用。
- 联合用药研究：通过测定单独药物和联合用药的 IC50，研究不同药物之间的相互作用和协同效应，以优化治疗方案。
02
常用实验的 IC50 值测定
一、激酶抑制剂的 IC50 值，如何测？
为了寻找新型的 CaMKII 抑制剂作为治疗人类心脏疾病的潜在药物，作者利用高通量系统进行筛选，并在第二次筛选中，对 33 个有潜力的分子化合物进行了 IC50 值测定，所得 IC50 最低的前 10 种化合物如下 (图 1)[1]。
图 1. 抑制 CaMKII-δ 激酶 IC50 值最低的前 10 个分子及其结构曲线[1]。
▐ 操作步骤 (供参考[1])
(1) 激酶自磷酸化：通过将 2 ng/μL CaMKIIδ 重组蛋白与 0.2 mM CaCl2、10 mM MgCl2、0.01 mM ATP、200 μM autocamtide-3 (CaMKII-δ 的肽底物)、30 nM CaM 和 0.1 g/mL BSA (来自牛血清的白蛋白) 在含有 25 mM Tris-HCl pH 7.5 的缓冲液中孵育来实现的。
(2) IC50 值测定：对初筛所得 33 个分子化合物复筛 ，将其按实验设计加入激酶反应体系中，进行 IC50 值测定。
(3) 发光测定：通过发光测定监测 CaMKII-δ 磷酸转移酶活性（注意：如果激酶反应不是在室温下进行，在加入 ADP-Glo™ 试剂之前，将板平衡至室温）。
(4) 记录发光：使用微孔板读数仪记录读数。
(5) 数据分析：数据以平均值 ±SEM 表示。使用 GraphPad Prism 版本 8.01 (GraphPad Software, Inc.) 和 SPSS 24.0 软件包 (IBM SPSS Statistics，版本 24.0) 进行统计分析。
发光检测原理：
当 CaMKII-δ 被激活时，它会通过将 ATP 转化为 ADP 来磷酸化底物。在该测定中，CaMKII-δ 的肽底物 (Autocamtide-3) 的磷酸化与 ATP 到 ADP 的转变酶促偶联。ADP-Glo 试剂用于终止激酶反应并去除未反应的 ATP。加入激酶检测试剂终止 ATP 消耗反应并将 ADP 转化为 ATP，然后通过荧光素酶反应将 ATP 进一步转化为光。
图 2. 发光检测酶活性原理图。
二、细胞毒活性试验的 IC50 值，如何测？
为了揭示吡啶和噻唑衍生物的抗癌活性，以阿霉素为对照药，使用 MTT 法测试噻唑基吡啶类化合物对肺癌 (A549) 细胞系的体外抗癌作用，对其进行了 IC50 值测定[2]。
图 3. 吡啶和噻唑衍生物对肺癌 (A549) 细胞系的抑制作用[2]。
(1) 化合物制备：将合成的化合物及参考药物阿霉素溶解于 DMSO 中。准备不同浓度的工作溶液以供实验使用。
(2) 细胞处理：将预培养的细胞系暴露于不同浓度的测试材料，在 37°C 下孵育 24 小时。使用 PBS 清洗去除死细胞。
(3) MTT 染色：向每个孔加入 25 µL 0.5% MTT 染液。在 37°C 条件下孵育 3-4 小时。
(4) 溶解与读数：加入 0.05 mL DMSO 溶解细胞内形成的甲瓒晶体，并在摇床上放置 30 min。利用 ELISA 板读数仪测量各孔的吸光度值。
(5) 数据分析：重复实验三次，计算平均值。细胞存活率计算公式为：(处理组吸光度/对照组吸光度) × 100%。使用 Master –plex-2010 程序确定 IC50 值。
03
IC50 值的数据计算
IC50 值的是通过剂量反应曲线 (Dose-Response Curve) 生成，具体方法可能因实验设计和使用的分析软件而有所不同，这需要进行一系列不同浓度的药物处理实验。
▐ IC50 值的数据处理
- 实验设计：进行细胞或酶实验，将靶标 (如细胞系、酶等) 暴露于多个不同浓度的药物中。
- 记录数据：测量药物对靶标的抑制效果，例如细胞存活率、酶活性或代谢产物变化。
- 处理数据：将所得表格数据进行转化，使用 Graphpad prism 软件计算—创建表格—输入浓度和抑制率—点击 Analyze，选择对数变换--通过非线性回归 (Non-linear regression) 对实验数据进行拟合---得 IC50 值，其标准曲线为 S 型曲线。
图 4. IC50 值的标准曲线。
需要注意的是！虽然 IC50 的应用十分广泛，但 IC50 值是通过体外实验获得的，仅为体外数据，不能完全反映药物在体内复杂环境下的效果。
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ED50、TD50 和 LD50
活性数值在药理学和生物化学领域非常重要，用于描述药物或分子与靶标之间的相互作用及效果，对于理解药物作用机制、优化化合物结构以及指导临床用药等方面都具有重要意义。
下图是小 M 为大家整理的关于 ED50、TD50 和 LD50 的简要汇总~
05
小结
本期主要为大家介绍了 IC50，并为大家整理了关于 ED50、TD50 和 LD50 的简要汇总！下期为大家介绍它的好 “兄弟” EC50~，当然还有其他活性数值，内容精彩，值得等待！未完待续……
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参考文献：
[1] Zhang J, et al. Novel CaMKII-δ Inhibitor Hesperadin Exerts Dual Functions to Ameliorate Cardiac Ischemia/Reperfusion Injury and Inhibit Tumor Growth. Circulation. 2022 Apr 12;145(15):1154-1168.
[2] Ashmawy FO, et al. Synthesis, In Vitro Evaluation and Molecular Docking Studies of Novel Thiophenyl Thiazolyl-Pyridine Hybrids as Potential Anticancer Agents. Molecules. 2023 May 23;28(11):4270.
[3] Gui, H., et al. Effects of Boletus Poisoning on Estrogen Receptors and Neurotransmitters in Rats Based on ERk1/2 Pathway. Neural Process Lett 55, 193–203 (2023).
[4] Abal P, et al. Acute Oral Toxicity of Tetrodotoxin in Mice: Determination of Lethal Dose 50 (LD50) and No Observed Adverse Effect Level (NOAEL). Toxins (Basel). 2017 Feb 24;9(3):75.