生物芯片在人类疾病诊断与治疗中的应用

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1、生物芯片在人类疾病诊断与治疗中的应用1、生物芯片的概念纶物芯片(bioehip)技术是纶命科学与微电子等学科相互交义发展起来的一门高新技术。是随着人类某因组计划(humsngenomicproject,HGP)的研究发展应运

2、伯生的。2()世纪90年代初,美国斯坦福大学的学者提出芯片的概念并进行序列的研究。到1996年底，第1块生物芯片问世。生物芯片主要是指通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统.以实现对细胞、蛋口质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、人信息展的检测。牛物芯片技术的发展迅速。并且在基闪表达、基因

3、突变及多态性分析、疾病诊断、药物筛选、序列分析等领域已显示出霞要的理论和实际应用价值。生物芯片技术作为电子学和生命科学结合产生的高科技杰作，虽然诞生仅仅几年的时间，却引起人们的广泛关注，它将给传统医学带來一场新的革命。从最早开始研究至今。牛•物芯片已广泛应用于基冈表达的筛选、特异性抗原抗体的检测、蛋口质相互作用的研究、新药的研制开发、疾病研究等多个领域。尤其在临床医学方而.对某些疾病特别是肿瘤及遗传性疾病的相关蛋口识别上取得r一系列突破性进展。常用的生物芯片分为3类。即基闪芯片、蛋白质芯片和组织芯片。本文主耍就其在人类疾病诊断与治疗中的应用

4、作一简要综述。2、临床诊断2.1遗传疾病的诊断随着人类基因组计划的完成!许多遗传性疾病的相关基因已被定位！为从基因水平上认识遗传疾病并进行早期诊断奠定了基础!如血友病〃地屮海贫血〃吧胖病〃苯丙酮酸症〃杜氏肌营养不良症〃精神性疾病〃帕金森氏病等致病基因己经泄位因此可将对应于突变热点区的寡核卄酸探针合成或点加于DNA芯片上，通过1次杂交完成待检样站多种突变可能性的筛查实现对多种遗传病的高效快速诊断2.2肿瘤疾病诊断基因芯片在肿瘤诊断屮具有广阔的应用前景，通过癌基因突变的检测可提前确定具有发生肿瘤风险的个体•通过基因表达分析可为肿瘤致病基因的发现

5、提供线索。Sturniolo等应用计算机运算法则和DNA芯片技术.尝试了使用DNA芯片确定潜在癌抗原的可能性•研究者采用以计算法则为基础的矩阵来预测人类白细胞抗原(HLA)I【类配休,并用丁•人结肠癌的差界表达基因分析，最终识别出一组结肠癌独特的和具有潜在免疫原性的肽.2、3传染性疾病诊断目前，许多细菌〃病毒等病原体的基因组测序已经完成!将许多代表各种微生物的特殊基因制成1张芯片，经反转录就可检测标本小有无病原体基因的表达及表达水平，由此判断病人感染病原〃感染进程以及宿主反应文献报道了牛:物芯片检测基因表达差界,较小的细菌基因组可被制成包含

6、该微生物的所有已知序列芯片，用以确定被感染个体内所有改变的基因，快速确定毒力基因.利川相同的方法还町在急性感染期和潜伏期研究病毒革因表达.3、生物芯片技术的应用生物芯片在疾病诊断方而有独特的优势，特别是对感染性疾病、遗传性疾病和恶性肿瘤等的临床诊断。生物芯片技术具冇的高通量、大规模、平行性等特点可以用于新药的筛选。在肿瘤研究方面，应用生物芯片可以进行肿瘤诊断、寻找肿瘤相关基因、研究肿瘤基因突变、进行抗肿瘤药物的筛选等。同时牛物芯片还在疫苗研制、遗传药理学、壽理学和病毒感染的快速诊断、病毒耐药性突变检测、中药安全性的检测、中药材站质的检测、药

7、物基因组学、耐药性分析、个体约物研究等领域也有许多成功应用。4、问题及展望近年來纶物芯片的进展迅速，并11也展示了其独特的优越性，但仍而临一些问题有待解决。冃前而临的主要问题：（1）技术成本高，需一系列昂贵的尖端仪器，如光刻机器和寡核首酸合成仪，激光共聚焦显微镜等设备；（2）现在通常采用荧光标记待测物技术检测信号，而荧光检测信噪比较低，检测灵敏度有-限；⑶由于在固相E杂交，探针的合成与固定比较复杂,特别对于制作高密度的探针阵列，并且在同一个芯片上存在多种探针，一种探针杂交最适条件未必适于另一种探针，复杂的探针易自身形成二、三级结构，从而影响

8、杂交，岀现错误的阴性信号。基因芯片在医学上的应用前景无疑是非常广阔的，但耍成为实验室或临床可以普遍采用的技术仍冇一峰关键问题需要解决：（1）现阶段芯片检测的灵敏度决定了需要首先扩增模板，一般采用PCR方法，不可避免地会受到PCR所貝有的局限性的影响；（2）目而采用的荧光标记方法存在检出灵敏度低的问题；（3）芯片杂交的条件高度个体化，难以形成比较统一、规范的杂交环境，给应用带来障碍。虽然蛋口质芯片已经在生命科学研究领域収得了一系列令人可喜的成果，但相对于基因芯片的进展速度，它的研究进展显得相对滞后，主要冇以下问题暖待解决：川于点制芯片表面蛋白

9、质的制备和纯化问题；固相载体材料表面的修饰方法；试验的标准化、数据报告的规范化；人最数据的处理、分析软件的开发：高度集成化样品制备及检测仪器的研制和开发。组织芯片的发展也述存在着