生物芯片 临床应用渐入佳境
在20世纪科技史上有两件事影响深远。一是微电子芯片。它是计算机以及许多家电的“心脏”，改变了我们的经济和文化生活，并已进入每一个家庭；另一个就是生物芯片。它将改变生命科学的研究方式，革新医学诊断和治疗，极大地提高人口素质和健康水平。——《财富》杂志
生物芯片是在一块指甲大小的玻片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物探针，它首先与待检测样品进行反应，然后对与反应结果相关的信号进行收集，最后再用计算机或其他方法分析数据结果。围绕生物芯片所展开的诊断医学新技术研究目前已成为世界各国的科研热点之一。
以中国工程院院士程京为首的生物芯片北京国家工程研究中心研究团队，目前已获得众多科研成果，并实现了中国生物芯片技术首次向美国的出口转让。
应用前景值得期待
经过近20年的创新和努力，现在已有一批基因和蛋白类的芯片在世界各国研发成功，并通过临床验证，被越来越多的医院在日常检验工作中所采用。
基因微阵列芯片是目前开发产品最多且应用最广泛的一类芯片，除了人们所熟悉的DNASNP分析和突变检测外，分析各种RNA的表达变化也开始成为检验人员逐渐熟悉的内容。
蛋白质微阵列芯片是应用面仅次于基因微阵列芯片的另一类芯片，利用它可以方便快捷地检测小分子药物、样品中的蛋白质分子以及自身抗体。
微流控芯片和基于光学编码的微粒芯片技术是刚步入临床检验应用的新兵，可广泛用于各种生物分子的检测，且前景看好。
基于细胞检测的芯片是进展最慢，但又极具诱惑力的一类产品，它们的功能可以从样品中的细胞分离一直延伸到以细胞为靶标的动态变化信息检测，实现方式既可以是微阵列芯片形式，也可以是微流控芯片形式。
未来预计将会有更多的基于单分子测序的芯片产品、基于多糖检测的芯片产品、基于常规生化和血液指标检测的芯片及芯片实验室涌现出来，这些将使我们的中央实验室检验及床旁检测项目获得极大丰富。相信今后生物芯片进入临床应用的速度会越来越快，势必给预测医学、预防医学和个体化治疗领域带来福音。
结核菌迅速确诊新手段
随着抗结核药物的开发和应用，结核病一度得到控制，但近年来全球的结核病又开始流行并加剧。目前疑似结核感染的人群超过10%是非结核分枝杆菌感染。由于结核菌感染与非结核分枝杆菌感染的临床治疗并不相同，因此需要鉴别诊断。
结核菌痰涂片检查灵敏度不高，容易漏诊，而针对结核菌的药物敏感性试验耗时较长，需1～2个月才能够获得结果。在感染早期实现快速、明确的诊断，给予规范治疗，对于防止该病的传染扩散、促进疾病的治愈及减轻治疗负担均有很重要的作用。快速准确发现结核分枝杆菌感染及结核分枝杆菌的耐药性检测，已成为临床诊断和治疗的一个关键环节。
基于分子生物学的快速基因检测临床应用方案，是通过生物芯片技术和实时荧光定量PCR技术，来实现结核病的实验室诊断。方案中包含结核分枝杆菌感染检测、耐多药结核检测和非结核分枝杆菌致病菌种鉴定检测及抗结核药物致聋基因的检测等4个试剂盒。
只需提取患者的痰液样本，即可在3～6小时快速进行单项检测，并可以根据临床需求，灵活结合其他实验室诊断检测技术，为结核病筛查、监控和治疗提供高效、准确的应用指导。
点评：
耐药结核菌的流行和非结核分枝杆菌的出现，已成为目前结核防治的主要困难。因此借助生物芯片快速、高效、高灵敏度和高特异性等特点研发的检测手段，可以帮助医生更好地进行临床诊断。晶芯-结核分枝杆菌耐药基因检测试剂盒(DNA微阵列芯片法)已被全球艾滋病与结核防治慈善组织——比尔及梅琳达·盖茨基金会采购，并计划用于中国未来的耐药结核病防治项目中，每年将使5万名结核病人从生物芯片技术中受益。
宫颈癌早期筛查新办法
已有的研究表明，HPV感染是引发宫颈癌的主要病因，但是单独的HPV感染不足以引起宫颈癌。细胞本身必须发生相应的变化，才能最终引起宫颈癌。microRNA(miRNA)参与调控细胞生命活动的各个方面，如生长、分化、凋亡与运动等。细胞内miRNA表达的变化与疾病的发生和发展密切相关。
我们实验室利用生物芯片平台系统研究了宫颈癌组织中miRNA的表达变化，发现20种miRNA在宫颈癌的发生和发展过程中表达量发生了改变。其中一些miRNA在超过83%的宫颈癌组织中表达量上升，且在宫颈上皮内瘤样病变到浸润癌的发展过程中，表达量逐步升高。功能学实验结果表明，这些miRNA具有促进宫颈癌发生和发展的作用。因此miRNA有可能作为新型宫颈癌标志物用于临床检测。
点评：
宫颈癌是女性第二大恶性肿瘤，我国每年宫颈癌新发病例为13.15万人，约占世界总数的26%，死亡病例为5.3万人，约占世界总数的20%。宫颈癌在世界范围内的分布很不均匀，83%的新发病例出现在发展中国家。发达国家的宫颈癌发病率低主要得益于宫颈癌的大规模筛查。目前常用的宫颈癌筛查方法主要有细胞学方法(包括传统的巴氏涂片法和改进后的液基薄层细胞学检测)和HPVDNA检测方法。两类方法各有优缺点。临床实践中常将两种筛查方法联合使用。但联合使用两种方法的问题是使病人的费用大大增加，在贫困地区和发展中国家难以大规模实现。因此发现新的宫颈癌标志物，对于防治宫颈癌具有重要意义。
食管癌边界区分新途径
microRNA(miRNA)是一类长度约22nt的非编码小分子RNA，它在调节基因转录与表达、调控生物体正常发育中扮演了重要角色。现有研究表明miRNA在肿瘤发生过程中有重要作用，我们实验室围绕miRNA和食管癌进行了相关研究。
研究团队用miRNA芯片研究了食管癌/癌旁组织的miRNA表达差异，通过模式识别(比较了42种算法)发现7个miRNA就能有效区分癌和癌旁组织，准确率93.88%。进一步研究发现miRNA-103/107的高低表达与食管癌病人的预后有重要关联性，证实了miRNA表达在食管癌的分子分期和预后诊断方面的作用，将来对于食管癌的分子诊断、预后评测、基于miRNA的药物开发具有指导意义。
点评：
对食管癌患者的治疗过程中，如果能够提前预知患者的预后情况，就可以准确选择治疗方案，最大限度地避免治疗不足或治疗过度。另外，外科医生也一直期待准确区分癌和癌旁组织，从而合理决定手术切除范围。这一系列研究成果，有望从分子诊断水平为临床医生提供更多帮助。
乙肝病毒耐药检测新技术
随着多种微生物全序列测定的完成，基因芯片技术的日臻完善，使基因芯片不仅能监测体外生长的细菌，而且可用于细菌或病毒的菌种鉴定、分型、鉴别诊断和耐药性监测等领域。
针对乙肝耐药检测，可以利用芯片技术，将目前已明确的耐药突变探针全部固定到一张芯片上，只需一次杂交，即可获得某一样品的多位点、多药物的耐药检测结果。
目前用基因芯片检测HBV耐拉米夫定和阿德福韦酯突变已取得一定成果。结果表明，该方法准确、快速、特异性高、信息量大、成本较低，可准确地确定突变位点和突变类型，具有明确的应用价值。
我们开发的HBV耐药检测芯片产品用于定性检测来源于临床疑似乙型肝炎患者血清样本中的核酸，检测指标包括两种一线药物拉米夫定及阿德福韦酯的药物相关HBVP基因的4个基因、6种突变。检测费用约为500元人民币，通过1000例以上临床样本与测序进行对比试验，其结果符合率高于99%。
点评：
我国是乙肝大国，每年因乙肝引发疾病的患者死亡约30万，位列传染病致死的第一位。近年来，HBV耐药性问题日趋严重，当耐药株发生基因突变后，如仍继续使用同类核苷酸类似药物治疗，将会产生严重的危害，同时也将加大患者的经济负担。对其耐药性的检测在乙型肝炎的治疗中有着举足轻重的作用，因此寻找一种简便、快速、准确的耐药性检测方法成为许多乙肝科研工作者的重大课题，也是临床实践检验中亟待解决的问题。这一科研成果有望帮助临床医生在6小时内快速区分潜在的耐药患者，用于指导患者用药。
国外研究一瞥
微阵列芯片
“便携”检测心血管疾病
美国Triage系统的技术内核为基于微毛细管流体和免疫荧光技术的蛋白质芯片。荧光标记的抗体或抗原被固定在设计好的反应腔内，反应发生时荧光信号可以被精确测量，因此可以给出定量的检测结果。目前Triage系列产品包括B型利钠肽(BNP)检测试剂盒，用于检测全血或血浆中的BNP；心脏功能检测试剂盒，可检测全血或血浆中的肌酸激酶-MB(CK-MB)、肌动蛋白、肌钙蛋白I，作为急性心肌梗死的快速辅助诊断；D-二聚体检测试剂盒可用于弥漫性血管内凝血、肺栓塞、深静脉血栓形成等的辅助诊断。
点评：
Triage系统的特点是产品可随身携带，操作简单，可在15分钟内给出检测结果，并且具有良好的内部质控，特别适合于急救现场检测。 同时，这些产品符合临床和实验室修正法案认证标准，其产品已得到FDA认证。
借芯片技术为肿瘤进行分型
2008年7月，美国食品和药物管理局批准了TisssueofOriginTest表达谱芯片用于鉴定未确定肿瘤的来源，这是美国批准的第二个体外诊断多变量索引检验(IVDMIA)器械。
该产品基于微阵列芯片技术，对实体瘤组织的基因表达谱进行分析，并通过与数据库中的恶性肿瘤遗传信息进行比对，达到对癌细胞进行分型的目的。该芯片通过检测与转移癌原发灶相关的1550个基因的变化，溯源15种包括膀胱癌、乳腺癌和结直肠癌等在内的常见恶性肿瘤，涵盖了大约90%的实体瘤。其检测准确性近似于病理学专家采用现有技术对肿瘤进行分型所能达到的准确性，阳性率为89%，阴性率达到99%，能够帮助临床医生确定恶性肿瘤中的癌细胞类型。
点评：
这一产品的批准标志着分子医学向标准医学操作的整合又迈进了一步。临床医生可以依据肿瘤细胞的基因表达谱变化情况对不同类型的癌症进行溯源，它是不依赖人的主观因素进行的标准化辨识方式。
生物芯片是在一块指甲大小的玻片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物探针，它首先与待检测样品进行反应，然后对与反应结果相关的信号进行收集，最后再用计算机或其他方法分析数据结果。围绕生物芯片所展开的诊断医学新技术研究目前已成为世界各国的科研热点之一。
以中国工程院院士程京为首的生物芯片北京国家工程研究中心研究团队，目前已获得众多科研成果，并实现了中国生物芯片技术首次向美国的出口转让。
应用前景值得期待
经过近20年的创新和努力，现在已有一批基因和蛋白类的芯片在世界各国研发成功，并通过临床验证，被越来越多的医院在日常检验工作中所采用。
基因微阵列芯片是目前开发产品最多且应用最广泛的一类芯片，除了人们所熟悉的DNASNP分析和突变检测外，分析各种RNA的表达变化也开始成为检验人员逐渐熟悉的内容。
蛋白质微阵列芯片是应用面仅次于基因微阵列芯片的另一类芯片，利用它可以方便快捷地检测小分子药物、样品中的蛋白质分子以及自身抗体。
微流控芯片和基于光学编码的微粒芯片技术是刚步入临床检验应用的新兵，可广泛用于各种生物分子的检测，且前景看好。
基于细胞检测的芯片是进展最慢，但又极具诱惑力的一类产品，它们的功能可以从样品中的细胞分离一直延伸到以细胞为靶标的动态变化信息检测，实现方式既可以是微阵列芯片形式，也可以是微流控芯片形式。
未来预计将会有更多的基于单分子测序的芯片产品、基于多糖检测的芯片产品、基于常规生化和血液指标检测的芯片及芯片实验室涌现出来，这些将使我们的中央实验室检验及床旁检测项目获得极大丰富。相信今后生物芯片进入临床应用的速度会越来越快，势必给预测医学、预防医学和个体化治疗领域带来福音。
结核菌迅速确诊新手段
随着抗结核药物的开发和应用，结核病一度得到控制，但近年来全球的结核病又开始流行并加剧。目前疑似结核感染的人群超过10%是非结核分枝杆菌感染。由于结核菌感染与非结核分枝杆菌感染的临床治疗并不相同，因此需要鉴别诊断。
结核菌痰涂片检查灵敏度不高，容易漏诊，而针对结核菌的药物敏感性试验耗时较长，需1～2个月才能够获得结果。在感染早期实现快速、明确的诊断，给予规范治疗，对于防止该病的传染扩散、促进疾病的治愈及减轻治疗负担均有很重要的作用。快速准确发现结核分枝杆菌感染及结核分枝杆菌的耐药性检测，已成为临床诊断和治疗的一个关键环节。
基于分子生物学的快速基因检测临床应用方案，是通过生物芯片技术和实时荧光定量PCR技术，来实现结核病的实验室诊断。方案中包含结核分枝杆菌感染检测、耐多药结核检测和非结核分枝杆菌致病菌种鉴定检测及抗结核药物致聋基因的检测等4个试剂盒。
只需提取患者的痰液样本，即可在3～6小时快速进行单项检测，并可以根据临床需求，灵活结合其他实验室诊断检测技术，为结核病筛查、监控和治疗提供高效、准确的应用指导。
点评：
耐药结核菌的流行和非结核分枝杆菌的出现，已成为目前结核防治的主要困难。因此借助生物芯片快速、高效、高灵敏度和高特异性等特点研发的检测手段，可以帮助医生更好地进行临床诊断。晶芯-结核分枝杆菌耐药基因检测试剂盒(DNA微阵列芯片法)已被全球艾滋病与结核防治慈善组织——比尔及梅琳达·盖茨基金会采购，并计划用于中国未来的耐药结核病防治项目中，每年将使5万名结核病人从生物芯片技术中受益。
宫颈癌早期筛查新办法
已有的研究表明，HPV感染是引发宫颈癌的主要病因，但是单独的HPV感染不足以引起宫颈癌。细胞本身必须发生相应的变化，才能最终引起宫颈癌。microRNA(miRNA)参与调控细胞生命活动的各个方面，如生长、分化、凋亡与运动等。细胞内miRNA表达的变化与疾病的发生和发展密切相关。
我们实验室利用生物芯片平台系统研究了宫颈癌组织中miRNA的表达变化，发现20种miRNA在宫颈癌的发生和发展过程中表达量发生了改变。其中一些miRNA在超过83%的宫颈癌组织中表达量上升，且在宫颈上皮内瘤样病变到浸润癌的发展过程中，表达量逐步升高。功能学实验结果表明，这些miRNA具有促进宫颈癌发生和发展的作用。因此miRNA有可能作为新型宫颈癌标志物用于临床检测。
点评：
宫颈癌是女性第二大恶性肿瘤，我国每年宫颈癌新发病例为13.15万人，约占世界总数的26%，死亡病例为5.3万人，约占世界总数的20%。宫颈癌在世界范围内的分布很不均匀，83%的新发病例出现在发展中国家。发达国家的宫颈癌发病率低主要得益于宫颈癌的大规模筛查。目前常用的宫颈癌筛查方法主要有细胞学方法(包括传统的巴氏涂片法和改进后的液基薄层细胞学检测)和HPVDNA检测方法。两类方法各有优缺点。临床实践中常将两种筛查方法联合使用。但联合使用两种方法的问题是使病人的费用大大增加，在贫困地区和发展中国家难以大规模实现。因此发现新的宫颈癌标志物，对于防治宫颈癌具有重要意义。
食管癌边界区分新途径
microRNA(miRNA)是一类长度约22nt的非编码小分子RNA，它在调节基因转录与表达、调控生物体正常发育中扮演了重要角色。现有研究表明miRNA在肿瘤发生过程中有重要作用，我们实验室围绕miRNA和食管癌进行了相关研究。
研究团队用miRNA芯片研究了食管癌/癌旁组织的miRNA表达差异，通过模式识别(比较了42种算法)发现7个miRNA就能有效区分癌和癌旁组织，准确率93.88%。进一步研究发现miRNA-103/107的高低表达与食管癌病人的预后有重要关联性，证实了miRNA表达在食管癌的分子分期和预后诊断方面的作用，将来对于食管癌的分子诊断、预后评测、基于miRNA的药物开发具有指导意义。
点评：
对食管癌患者的治疗过程中，如果能够提前预知患者的预后情况，就可以准确选择治疗方案，最大限度地避免治疗不足或治疗过度。另外，外科医生也一直期待准确区分癌和癌旁组织，从而合理决定手术切除范围。这一系列研究成果，有望从分子诊断水平为临床医生提供更多帮助。
乙肝病毒耐药检测新技术
随着多种微生物全序列测定的完成，基因芯片技术的日臻完善，使基因芯片不仅能监测体外生长的细菌，而且可用于细菌或病毒的菌种鉴定、分型、鉴别诊断和耐药性监测等领域。
针对乙肝耐药检测，可以利用芯片技术，将目前已明确的耐药突变探针全部固定到一张芯片上，只需一次杂交，即可获得某一样品的多位点、多药物的耐药检测结果。
目前用基因芯片检测HBV耐拉米夫定和阿德福韦酯突变已取得一定成果。结果表明，该方法准确、快速、特异性高、信息量大、成本较低，可准确地确定突变位点和突变类型，具有明确的应用价值。
我们开发的HBV耐药检测芯片产品用于定性检测来源于临床疑似乙型肝炎患者血清样本中的核酸，检测指标包括两种一线药物拉米夫定及阿德福韦酯的药物相关HBVP基因的4个基因、6种突变。检测费用约为500元人民币，通过1000例以上临床样本与测序进行对比试验，其结果符合率高于99%。
点评：
我国是乙肝大国，每年因乙肝引发疾病的患者死亡约30万，位列传染病致死的第一位。近年来，HBV耐药性问题日趋严重，当耐药株发生基因突变后，如仍继续使用同类核苷酸类似药物治疗，将会产生严重的危害，同时也将加大患者的经济负担。对其耐药性的检测在乙型肝炎的治疗中有着举足轻重的作用，因此寻找一种简便、快速、准确的耐药性检测方法成为许多乙肝科研工作者的重大课题，也是临床实践检验中亟待解决的问题。这一科研成果有望帮助临床医生在6小时内快速区分潜在的耐药患者，用于指导患者用药。
国外研究一瞥
微阵列芯片
“便携”检测心血管疾病
美国Triage系统的技术内核为基于微毛细管流体和免疫荧光技术的蛋白质芯片。荧光标记的抗体或抗原被固定在设计好的反应腔内，反应发生时荧光信号可以被精确测量，因此可以给出定量的检测结果。目前Triage系列产品包括B型利钠肽(BNP)检测试剂盒，用于检测全血或血浆中的BNP；心脏功能检测试剂盒，可检测全血或血浆中的肌酸激酶-MB(CK-MB)、肌动蛋白、肌钙蛋白I，作为急性心肌梗死的快速辅助诊断；D-二聚体检测试剂盒可用于弥漫性血管内凝血、肺栓塞、深静脉血栓形成等的辅助诊断。
点评：
Triage系统的特点是产品可随身携带，操作简单，可在15分钟内给出检测结果，并且具有良好的内部质控，特别适合于急救现场检测。 同时，这些产品符合临床和实验室修正法案认证标准，其产品已得到FDA认证。
借芯片技术为肿瘤进行分型
2008年7月，美国食品和药物管理局批准了TisssueofOriginTest表达谱芯片用于鉴定未确定肿瘤的来源，这是美国批准的第二个体外诊断多变量索引检验(IVDMIA)器械。
该产品基于微阵列芯片技术，对实体瘤组织的基因表达谱进行分析，并通过与数据库中的恶性肿瘤遗传信息进行比对，达到对癌细胞进行分型的目的。该芯片通过检测与转移癌原发灶相关的1550个基因的变化，溯源15种包括膀胱癌、乳腺癌和结直肠癌等在内的常见恶性肿瘤，涵盖了大约90%的实体瘤。其检测准确性近似于病理学专家采用现有技术对肿瘤进行分型所能达到的准确性，阳性率为89%，阴性率达到99%，能够帮助临床医生确定恶性肿瘤中的癌细胞类型。
点评：
这一产品的批准标志着分子医学向标准医学操作的整合又迈进了一步。临床医生可以依据肿瘤细胞的基因表达谱变化情况对不同类型的癌症进行溯源，它是不依赖人的主观因素进行的标准化辨识方式。
打印本文
关闭窗口