生物晶片應用領域

2021-01-15 微流控科技

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最大用途在於疾病檢測


基因表達水平的檢測　


用基因晶片進行的表達水平檢測可自動、快速地檢測出成千上萬個基因的表達情況。謝納(M.Schena) 等用人外周血淋巴細胞的cDNA文庫構建一個代表1046個基因的cDNA微陣列，來檢測體外培養的T細胞對熱休克反應後不同基因表達的差異，發現有5個基因在處理後存在非常明顯的高表達，11個基因中度表達增加和6個基因表達明顯抑制。該結果還用螢光素交換標記對照和處理組及RNA印跡方法證實。在HGP完成之後，用於檢測在不同生理、病理條件下的人類所有基因表達變化的基因組晶片為期不遠了。


基因診斷　


從正常人的基因組中分離出DNA與DNA晶片雜交就可以得出標準圖譜。從病人的基因組中分離出DNA與DNA晶片雜交就可以得出病變圖譜。通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。這種基因晶片診斷技術以其快速、高效、敏感、經濟、平行化、自動化等特點，將成為一項現代化診斷新技術。例如Affymetrix公司，把p53基因全長序列和已知突變的探針集成在晶片上，製成p53基因晶片，將在癌症早期診斷中發揮作用。又如，Heller等構建了96個基因的cDNA微陣，用於檢測分析風溼性關節炎（RA）相關的基因，以探討DNA晶片在感染性疾病診斷方面的應用。


藥物篩選　


利用基因晶片分析用藥前後機體的不同組織、器官基因表達的差異。如果再cDNA表達文庫得到的肽庫製作肽晶片，則可以從眾多的藥物成分中篩選到起作用的部分物質。還有，利用RNA、單鏈DNA有很大的柔性，能形成複雜的空間結構，更有利與靶分子相結合，可將核酸庫中的RNA或單鏈DNA固定在晶片上，然後與靶蛋白孵育，形成蛋白質-RNA或蛋白質-DNA複合物，可以篩選特異的藥物蛋白或核酸，因此晶片技術和RNA庫的結合在藥物篩選中將得到廣泛應用。在尋找HIV藥物中，Jellis等用組合化學合成及DNA晶片技術篩選了654536種硫代磷酸八聚核苷酸，並從中確定了具有XXG4XX樣結構的抑制物，實驗表明，這種篩選物對HIV感染細胞有明顯阻斷作用。生物晶片技術使得藥物篩選，靶基因鑑別和新藥測試的速度大大提高，成本大大降低。


個體化醫療　


臨床上，同樣藥物的劑量對病人甲有效可能對病人乙不起作用，而對病人丙則可能有副作用。在藥物療效與副作用方面，病人的反應差異很大。這主要是由於病人遺傳學上存在差異（單核苷酸多態性，SNP），導致對藥物產生不同的反應。如果利用基因晶片技術對患者先進行診斷，再開處方，就可對病人實施個體優化治療。另一方面，在治療中，很多同種疾病的具體病因是因人而異的，用藥也應因人而異。例如B肝有較多亞型，HBV基因的多個位點如S、P及C基因區易發生變異。若用B肝病毒基因多態性檢測晶片每隔一段時間就檢測一次，這對指導用藥防止B肝病毒耐藥性很有意義。


測序　


基因晶片利用固定探針與樣品進行分子雜交產生的雜交圖譜而排列出待測樣品的序列，這種測定方法快速而具有十分誘人的前景。研究人員用含135000個寡核苷酸探針的陣列測定了全長為16.6kb的人線粒體基因組序列，準確率達99%。用含有48000個寡核苷酸的高密度微陣列分析了黑猩猩和人BRCA1基因序列差異，結果發現在外顯子約3.4kb長度範圍內的核酸序列同源性在98.2%到83.5%之間，提示了二者在進化上的高度相似性。


生物信息學研究　


人類基因組計劃是人類為了認識自己而進行的一項偉大而影響深遠的研究計劃。目前的問題是面對大量的基因或基因片斷序列如何研究其功能，只有知道其功能才能真正體現HGP計劃的價值--破譯人類基因這部天書。後基因組計劃、蛋白組計劃、疾病基因組計劃等概念就是為實現這一目標而提出的。生物信息學將在其中扮演至關重要的角色。生物晶片技術就是為實現這一環節而建立的，使對個體生物信息進行高速、並行採集和分析成為可能，必將成為未來生物信息學研究中的一個重要信息採集和處理平臺，成為基因組信息學研究的主要技術支撐。生物晶片作為生物信息學的主要技術支撐和操作平臺，其廣闊的發展空間就不言而喻。


在實際應用方面，生物晶片技術可廣泛應用於疾病診斷和治療、藥物基因組圖譜、藥物篩選、中藥物種鑑定、農作物的優育優選、司法鑑定、食品衛生監督、環境檢測、國防等許多領域。它將為人類認識生命的起源、遺傳、發育與進化、為人類疾病的診斷、治療和防治開闢全新的途徑，為生物大分子的全新設計和藥物開發中先導化合物的快速篩選和藥物基因組學研究提供技術支撐平臺，這從中國99年3月國家科學技術部剛起草的《醫藥生物技術「十五」及2015年規劃》中便可見一斑：規劃所列十五個關鍵技術項目中，就有八個項目（基因組學技術、重大疾病相關基因的分離和功能研究、基因藥物工程、基因治療技術、生物信息學技術、組合生物合成技術、新型診斷技術、蛋白質組學和生物晶片技術）要使用生物晶片。生物晶片技術被單列作為一個專門項目進行規劃。總之，生物晶片技術在醫學、生命科學、藥業、農業、環境科學等凡與生命活動有關的領域中均具有重大的應用前景。


本文轉自：分析測試百科網

 

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