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1、全軍基因診斷技術(shù)研究所 生 物 芯 片 技 術(shù) 及 應(yīng) 用 前 景 全軍基因診斷技術(shù)研究所 一 、 生 物 芯 片 的 原 理 與 技 術(shù) 背 景二 、 生 物 芯 片 技 術(shù) 在 臨 床 中 的 應(yīng) 用三 、 生 物 芯 片 技 術(shù) 的 優(yōu) 勢四 、 生 物 芯 片 技 術(shù) 未 來 發(fā) 展 展 望 全軍基因診斷技術(shù)研究所一 、 生 物 芯 片 的 背 景 、 技 術(shù) 原 理 全軍基因診斷技術(shù)研究所 生 物 芯 片 技 術(shù) 是 當(dāng) 代 生 物 技 術(shù) 的 重 大 變 革 ！ 生 物 芯 片 技 術(shù) 始 于 20世 紀(jì) 80年 代 后 期 其 概 念 源 于 計 算 機(jī) 芯 片 其 成 熟 標(biāo)
2、志 為 全 球 掀 起 的 生 物 芯 片 產(chǎn) 業(yè) 化 熱 潮 ！ 生 物 芯 片 （ Biochip或 Bioarray） 是 指 包 被 在 固 相載 體 上 的 高 密 度 DNA、 抗 原 、 抗 體 、 細(xì) 胞 或 組 織 的 微點(diǎn) 陣 (microarray)。 全軍基因診斷技術(shù)研究所 20世 紀(jì) ， 人 類 科 學(xué) 歷 程 中 有 三 大 研 究 計 劃 將 永 垂史 冊 ：人 類 歷 史 上 三 大 科 學(xué) 工 程 : 人 類 基 因 組 計 劃 阿 波 羅 登 月 計 劃 曼 哈 頓 原 子 彈 研 制 計 劃 全軍基因診斷技術(shù)研究所 人 類 基 因 組 計 劃 完 成 ，
3、隨 著 疾 病 相 關(guān) 基 因 和 功 能 蛋 白不 斷 發(fā) 現(xiàn) ， 醫(yī) 學(xué) 是 最 大 的 收 益 領(lǐng) 域 ， 大 量 的 生 物 信 息 需 要以 整 體 、 全 面 、 定 量 、 多 學(xué) 科 、 綜 合 的 模 式 來 解 決 ， 醫(yī) 學(xué)界 出 現(xiàn) 了 以 基 因 組 、 蛋 白 質(zhì) 組 、 抗 原 抗 體 譜 為 代 表 的 新 思維 和 體 系 。 生 命 密 碼 ： 分 子 解 剖 圖 全軍基因診斷技術(shù)研究所 全軍基因診斷技術(shù)研究所 全軍基因診斷技術(shù)研究所 全軍基因診斷技術(shù)研究所 物 質(zhì) 物 質(zhì) 不 滅能 量 能 量 守 恒信 息 信 息 傳 遞 全軍基因診斷技術(shù)研究所 生 物
4、信 號 傳 遞生 命 活 動 ： 以 物 質(zhì) 代 謝 為 基 礎(chǔ) 以 能 量 代 謝 為 動 力 以 信 息 調(diào) 控 為 機(jī) 制 全軍基因診斷技術(shù)研究所 新 世 紀(jì) 的 醫(yī) 學(xué) 是 以 生 物 信 息 為 核 心 的 系 統(tǒng) 醫(yī) 學(xué)o 基 因 的 結(jié) 構(gòu) 或 種 類 決 定 物 種 ,基 因 的 功 能 或 表 達(dá) 則 決 定 生 命 ，即 生 物 的 生 、 老 、 病 、 死 。 o 基 因 是 通 過 什 么 方 式 導(dǎo) 致 疾 病 的 呢 ？ 基 因 是 通 過 生 物 信 息 傳 遞 “ DNA RNA 蛋 白 質(zhì) ” 途 徑 決 定 健 康與 疾 病 的 。 因 此 又 可 以 說
5、 任 何 疾 病 都 是 “ 信 息 病 ” ， 都 與 生 物信 號 過 強(qiáng) 或 過 弱 有 關(guān) 。o 從 生 物 信 息 角 度 看 傳 統(tǒng) 醫(yī) 學(xué) 是 在 下 游 信 息 即 機(jī) 體 表 型 （ 癥 狀 、病 理 、 生 理 ） 上 獲 得 診 斷 信 息 的 ， 而 未 來 醫(yī) 學(xué) 是 從 DNA、 RNA、蛋 白 質(zhì) 這 些 上 游 信 息 中 獲 得 診 斷 結(jié) 果 的 ， 更 具 有 確 定 性 和 預(yù) 見性 。 未 來 的 醫(yī) 學(xué) 是 以 生 物 信 息 為 核 心 的 系 統(tǒng) 醫(yī) 學(xué) ， DNA、 RNA、蛋 白 質(zhì) 稱 為 生 物 信 息 大 分 子 ， 其 質(zhì) 和 量 的
6、 異 常 變 化 與 疾 病 直 接相 關(guān) ， 是 一 切 疾 病 的 根 本 原 因 。 全軍基因診斷技術(shù)研究所 由 于 原 有 的 測 定 方 法 已 不 能 滿足 快 速 處 理 如 此 大 量 的 疾 病 相 關(guān) 信息 的 需 要 ， 產(chǎn) 生 了 生 物 芯 片 技 術(shù) , 由 于 人 們 需 要 簡 便 、 快 速 、 小 型 、廉 價 的 生 物 檢 測 技 術(shù) 。低 密 度 基 因 、 蛋 白 芯 片 的 出 現(xiàn) 就 是 針 對 這 種 需 求 而來 的 。 全軍基因診斷技術(shù)研究所 生 物 芯 片 研 究 學(xué) 科 的 緊 密 交 叉 精 密 儀 器 醫(yī) 學(xué) 微 電 子 學(xué) 分 子
7、 生 物 學(xué) 生 物 信 息 學(xué) 微 流 體 力 學(xué) 化 學(xué) 藥 物 學(xué) 物 理 學(xué) 材 料 學(xué) 全軍基因診斷技術(shù)研究所 生 物 芯 片 技 術(shù) 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域藥物合成太空探索疾病診斷疾病防治食品衛(wèi)生藥物篩選司法鑒定國家安全農(nóng)業(yè)產(chǎn)質(zhì)環(huán)境檢測 全軍基因診斷技術(shù)研究所 1998 年 世 界 科 技 十 大 突 破美 國 科 學(xué) 雜 志 在 1998 年底 將 生 物 芯 片 評 選 為 當(dāng) 年 的 世界 科 技 十 大 突 破 之 一 。 全軍基因診斷技術(shù)研究所 二 、 生 物 芯 片 技 術(shù) 在 臨 床 中 的 應(yīng) 用 全軍基因診斷技術(shù)研究所 生 物 芯 片 診 斷 系 統(tǒng) ： 包 括 三
8、大 部 分 ： 1、 生 物 芯 片 2、 生 物 芯 片 閱 讀 儀 3、 生 物 芯 片 在 線 (服 務(wù) 網(wǎng) 站 ) 全軍基因診斷技術(shù)研究所 生 物 芯 片 的 種 類 生 物 芯 片 ： 是 一 種 高 度 集 成 的 平 行 化 處 理生 物 信 息 的 指 甲 蓋 大 小 的 薄 片 。 依 據(jù) 芯 片 上 固 定 的 探 針 不 同 ， 生 物 芯 片 可 分為 三 類 。n 核 酸 芯 片 n 蛋 白 芯 片 或 肽 芯 片 n 芯 片 上 的 實 驗 室 （ 組 織 、 細(xì) 胞 ） 全軍基因診斷技術(shù)研究所 蛋 白 芯 片 目 前 臨 床 上 首 先 開 發(fā) 的 是 中 低 密
9、 度 蛋 白 芯 片 。蛋 白 芯 片 嚴(yán) 格 的 說 仍 屬 于 血 清 學(xué) 方 法 ， 但 由 于 生 物 芯片 技 術(shù) 本 身 具 有 的 突 出 優(yōu) 點(diǎn) ， 使 此 技 術(shù) 呈 現(xiàn) 出 廣 闊 的科 學(xué) 前 景 和 良 好 的 臨 床 需 求 。 全軍基因診斷技術(shù)研究所 蛋 白 芯 片 臨 床 應(yīng) 用 實 例1、 幽 門 螺 旋 桿 菌 HP抗 體 譜 檢 測 芯 片2、 孕 期 感 染 TORCH抗 體 檢 測 芯 片 3、 性 傳 播 疾 病 免 疫 診 斷 芯 片 4、 免 疫 性 不 孕 不 育 抗 體 檢 測 芯 片5、 孕 期 唐 氏 綜 合 征 篩 查 芯 片6、 呼 吸
10、 道 六 聯(lián) 檢 測 生 物 芯 片 全軍基因診斷技術(shù)研究所 呼 吸 道 六 聯(lián) 檢 測 生 物 芯 片o 肺 炎 支 原 體 （ MP） IgMo 肺 炎 衣 原 體 （ CP） IgMo 流 行 性 感 冒 病 毒 （ IFV） IgMo 柯 薩 奇 病 毒 （ CBV） IgMo 合 胞 病 毒 （ RSV） IgMo 腺 病 毒 （ ADV） IgM 全軍基因診斷技術(shù)研究所 心 血 管 病 感 染 因 子 抗 體 檢 測 芯 片 全軍基因診斷技術(shù)研究所 心 腦 血 管 疾 病 相 關(guān) 微 生 物 的 抗 體 檢 測 芯 片 近 50年 的 研 究 揭 示 了 許 多 與 心 腦 血 管
11、 疾 病 相 關(guān) 的 獨(dú) 立危 險 因 子 ， 如 高 血 壓 、 高 膽 固 醇 血 癥 、 吸 煙 、 糖 尿 病 、 遺 傳 、性 別 等 但 尚 不 能 完 全 解 釋 某 些 發(fā) 病 特 征 如 許 多 血 液 膽 固 醇 和血 壓 都 正 常 的 人 因 心 血 管 疾 病 突 發(fā) 死 亡 ， 經(jīng) 研 究 認(rèn) 為 與 “ 炎癥 相 關(guān) ” ， 近 年 來 ， “ 感 染 學(xué) 說 ” 受 醫(yī) 學(xué) 界 的 廣 泛 關(guān) 注 ， WHO以 將 感 染 因 子 的 防 治 列 為 心 血 管 疾 病 的 一 項 常 規(guī) 性 治 療 措 施 。已 確 定 下 列 病 原 體 可 導(dǎo) 致 血 管
12、 內(nèi) 皮 細(xì) 胞 損 傷 ， 引 起 動 脈 壁 增殖 反 應(yīng) ， 進(jìn) 一 步 導(dǎo) 致 硬 化 斑 塊 的 形 成 ， 發(fā) 生 心 腦 血 管 疾 患 。 全軍基因診斷技術(shù)研究所 生 殖 道 感 染 檢 測 系 列 性 傳 播 疾 病 抗 體 檢 測 芯 片 生 殖 道 感 染 是 指 肉 眼 看 不 見 的 各 種 病 原 體 包 括 滴 蟲 、真 菌 、 細(xì) 菌 衣 原 體 、 支 原 體 、 病 毒 等 感 染 與 生 殖 道 或 經(jīng)生 殖 道 感 染 的 一 組 感 染 性 疾 病 的 總 稱 。 生 殖 道 感 染 在 全球 廣 泛 流 行 ， 年 世 界 衛(wèi) 生 組 織 （ WHO
13、） 估 計 ， 全球 全 年 有 億 可 治 愈 的 生 殖 道 感 染 新 發(fā) 病 患 者 ，只 要 集 中 在 發(fā) 展 中 國 家 一 般 生 殖 道 感 染 生 殖 道 感 染 性 傳 播 疾 病 全軍基因診斷技術(shù)研究所 全軍基因診斷技術(shù)研究所 免 疫 性 不 孕 不 育 抗 體 檢 測 芯 片 世 界 衛(wèi) 生 組 織 在 80年 代 調(diào) 查 中 顯 示 ， 發(fā) 達(dá) 國 家 約有 5%-8%的 夫 婦 受 到 不 孕 癥 的 影 響 ， 發(fā) 展 中 國 家 的 一些 地 區(qū) 不 孕 癥 的 患 病 率 高 達(dá) 30%。 全 世 界 約 有 5000萬-8000萬 的 不 孕 癥 患 者
14、。 我 國 不 孕 癥 的 發(fā) 病 率 約 為3%-13%。 隨 著 全 球 工 業(yè) 化 進(jìn) 程 加 快 及 環(huán) 境 惡 化 ， 加之 各 種 感 染 因 素 ， 不 孕 不 育 癥 的 發(fā) 病 率 上 升 9 。 全軍基因診斷技術(shù)研究所 檢 測 項 目 及 臨 床 意 義o 抗 精 子 抗 體 （ IgG） : 陽 性 ,提 示 可 能 不 孕o 抗 透 明 帶 抗 體 （ IgG） : 陽 性 ,提 示 可 能 不 孕o 抗 子 宮 內(nèi) 膜 抗 體 （ IgG） : 陽 性 ,提 示 子 宮 內(nèi) 膜 異 位 癥 引 起 不 孕 o 抗 卵 巢 抗 體 （ IgG） : 陽 性 ,提 示 卵
15、 巢 功 能 異 常 引 起 不 孕o 抗 滋 養(yǎng) 層 細(xì) 胞 抗 體 （ IgG） ： 陽 性 ， 提 示 復(fù) 發(fā) 性 流 產(chǎn) 導(dǎo) 致 不 孕o 抗 HCG 抗 體 （ IgG） : 陽 性 提 示 流 產(chǎn) 率 高 ,易 致 不 孕 全軍基因診斷技術(shù)研究所 三 、 生 物 芯 片 技 術(shù) 的 優(yōu) 勢低 成 本平 行 化自 動 化高 通 量 蛋 白 質(zhì) 功 能配 體 受 體 相 互 作 用臨 床 診 斷 學(xué)醫(yī) 學(xué) 基 礎(chǔ) 研 究其 他 生 命 科 學(xué) 交 叉 領(lǐng) 域蛋 白 芯 片 全軍基因診斷技術(shù)研究所 快 速 便 捷 的 操 作 平 臺步 驟洗 滌 加 樣 洗 滌顯 色洗 滌 分 析時 間
16、金 標(biāo) 記 10分 鐘酶 標(biāo) 記 20分 鐘化 學(xué) 發(fā) 光 60分 鐘 全軍基因診斷技術(shù)研究所 生 物 芯 片 與 傳 統(tǒng) 檢 驗 方 法 比 較 生 物 芯 片 檢 測 法 與 其 他 方 法 比 較 具 有 ： 取 樣 方 便 、 操 作 簡 單 、 靈 活 性 高 、特 異 性 強(qiáng) 、 多 指 標(biāo) 、 高 通 量 、 時 間 短 （ 10分 鐘 內(nèi) ） 以 及 立 等 可 取 等 許 多 優(yōu) 點(diǎn) 。 準(zhǔn) 確 ： 鏡 檢 、 細(xì) 胞 培 養(yǎng) 、 PCR、 生 化 熒 光 、 ELISA、 滴 金 發(fā) 早 期 ： HP、 心 腦 血 管 相 關(guān) 感 染 因 子 快 速 簡 便 ： STD的
17、組 和 性 、 采 樣 無 創(chuàng) 痛 經(jīng) 濟(jì) ： TORCH、 不 孕 不 育 的 性 價 比 全軍基因診斷技術(shù)研究所 生 物 芯 片 與 其 傳 統(tǒng) 檢 測 方 法 的 比 較 ： 全軍基因診斷技術(shù)研究所 生 物 芯 片 最 終 的 目 的 和 未 來 發(fā) 展 方 向 是 實 現(xiàn) 生 化 分析 全 過 程 全 部 集 成 在 一 片 芯 片 上 完 成 ， 從 而 使 現(xiàn) 有 的 許多 煩 瑣 、 費(fèi) 時 、 不 連 續(xù) 、 不 精 確 和 難 以 重 復(fù) 的 生 物 分 析過 程 自 動 化 、 連 續(xù) 化 和 微 縮 化 。 生 物 芯 片 主 要 優(yōu) 點(diǎn) 是 ： 分 析 全 過 程 自
18、動 化 、 生 產(chǎn) 成 本 低 、防 污 染 、 分 析 速 度 成 千 上 萬 倍 的 提 高 、 所 需 樣 品 成 百 上 千 倍 的 減 少 、極 高 的 樣 品 并 行 處 理 能 力 、 儀 器 體 積 小 、 重 量 輕 、 便 于 攜 帶 。四 、 展 望 ： 全軍基因診斷技術(shù)研究所 在 未 來 五 年 生 物 芯 片 主 要 分 為 兩 種 ，一 種 是 研 究 型 的 ， 另 外 一 種 是 應(yīng) 用 型 的 。 研究 型 的 主 要 是 指 在 基 因 芯 片 的 功 能 等 方 面 有進(jìn) 一 步 發(fā) 展 。 應(yīng) 用 型 的 蛋 白 芯 片 會 有 更 好 的發(fā) 展 。 全
19、軍基因診斷技術(shù)研究所 劉 德 培 （ 中 國 醫(yī) 學(xué) 科 學(xué) 院 院 長 、 中 國 協(xié) 和 醫(yī) 科 大學(xué) 校 長 在 主 題 為 “ 中 國 醫(yī) 學(xué) 科 學(xué) 發(fā) 展 的 機(jī) 遇 與 挑 戰(zhàn) ”的 講 話 中 提 到 ： 中 國 的 醫(yī) 療 既 需 要 頂 天 立 地 的 高 科 技 技 術(shù) ， 有 需要 鋪 天 蓋 地 的 普 及 型 技 術(shù) 。 生 物 芯 片 所 能 設(shè) 計 到 的 檢 驗 ， 有 望 實 現(xiàn)這 兩 者 的 統(tǒng) 一 。頂 天 立 地 與 鋪 天 蓋 地 全軍基因診斷技術(shù)研究所 最 新 消 息 ： 第 四 軍 醫(yī) 大 學(xué) 基 因 所 發(fā) 明 的 “ 組 合 式 生物 芯 片 ” 技 術(shù) 榮 獲 第 九 屆 中 國 專 利獎 金 獎 ！ 序 號 :13. 專 利 號 : ZL00226984.8 專 利 名 稱 : 組 合 式 生 物 芯 片 專 利 權(quán) 人 : 閆 小 君 、 郭 晏 海 發(fā) 明 人 : 閆 小 君 、 郭 晏 海 全軍基因診斷技術(shù)研究所陜 西 省 臨 床 基 因 檢 測 質(zhì) 量 控 制 中 心全 軍 基 因 診 斷 技 術(shù) 研 究 所全 軍 基 因 芯 片 重 點(diǎn) 實 驗 室 技 術(shù) 依 托第 四 軍 醫(yī) 大 學(xué) NoImage 全軍基因診斷技術(shù)研究所
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