分子生物學在醫(yī)學檢驗中的臨床應(yīng)用及前景

分子生物學在醫(yī)學檢驗中的臨床應(yīng)用及前景班級：2013級科碩6班專業(yè)：臨床檢驗診斷學姓名：姜世濤學號：2013203030024評分：導(dǎo)師簽名：分子生物學是一門正在蓬勃發(fā)展的學科，新技術(shù)和應(yīng)用條件的不斷出現(xiàn)，為檢驗醫(yī)學的發(fā)展提供了嶄新的時代并提供新的機遇和挑戰(zhàn)。分子生物學是以核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子為研究對象的學科，分子生物學技術(shù)即建立在核酸生化基礎(chǔ)上的一類研究手段，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學檢驗中，同時也逐漸滲入數(shù)理科學、結(jié)構(gòu)基因組學、功能基因組學和環(huán)境基因組學，研究內(nèi)容也從DNA鑒定、擴展到核酸及表達產(chǎn)物分析，技術(shù)不斷進步為微生物檢驗、腫瘤診斷及評估、遺傳病診斷、兔疫系統(tǒng)疾病診斷提供重要依據(jù)和創(chuàng)新思路。在結(jié)構(gòu)基因組學、功能基因組學和環(huán)境基因組學蓬勃發(fā)展形勢下，分子診斷學技術(shù)將會取得突破性進展。一．利用分子生物學技術(shù)檢測樣品中核酸水平PCR[1]技術(shù)是目前應(yīng)用較廣泛和成熟的臨床檢測方法，在法醫(yī)學、常見傳染病、性病、寄生蟲和優(yōu)生優(yōu)育等領(lǐng)域有很高的應(yīng)用價值，尤其對肝炎病毒的早期診斷。1．核酸分子雜交技術(shù)和基因芯片技術(shù)核酸分子雜交技術(shù)也稱為基因探針技術(shù)，利用核酸的變性、復(fù)性和堿基互補配對的原理，用已知的探針序列檢測樣本中是否含有與之配對的核苷酸序列的技術(shù)，是印跡雜交、基因芯片等技術(shù)的基礎(chǔ)。目前基因芯片技術(shù)可廣泛應(yīng)用在腫瘤基因表達譜差異研究、基因突變、基因測序、基因多態(tài)性分析、微生物篩選鑒定、遺傳病產(chǎn)前診斷等方面。另外，現(xiàn)已獲得一些微生物的全基因序列，包括百余種病毒，多種細菌(流感嗜血桿菌、產(chǎn)甲烷球菌及實驗室常用的大腸桿菌等)和一些[2]。蛋白質(zhì)組學研究的是在不同時間和空間發(fā)揮功能的特定蛋白質(zhì)群體，從而揭示和說明生命活動的基本規(guī)律。與基因組相比蛋白質(zhì)組具有多樣性和可變性，雖然可以通過PCR、基因芯片等方法顯示生物體的基因水平，但mRNA水平(包括mRNA的種類和含量)并不能完全反映出蛋白質(zhì)的表達。由此可見，對一個機體而言，基因的數(shù)目是恒定的，而蛋白質(zhì)的種類和數(shù)目在生理和病理等不同條件下，其表達也不同。若能獲得與某種疾病相關(guān)的蛋白水平的差異表達信息，將為臨床診斷、治療和預(yù)后提供有力依據(jù)。1．蛋白質(zhì)芯片技術(shù)蛋白質(zhì)芯片技術(shù)是近年來蛋白質(zhì)組學研究中興起的一種新的方法，它類似于基因芯片，是將蛋白質(zhì)點到固相物質(zhì)上，然后與要檢測的組織或細胞等進行”雜交”，再通過自動化儀器分析得出結(jié)果。這里所指的”雜交”是指蛋白與蛋白之間如(抗體與抗原)在空間構(gòu)象上能特異性的相互識別。例如免疫芯片，是一種特殊的蛋白質(zhì)芯片，它在臨床分子診斷學有著明顯的發(fā)展?jié)摿?，如腫瘤標志的檢測、不同激素的測定，自身免疫性疾病中多種自身抗體或抗原的檢測和超敏反應(yīng)中多種過敏原的篩查等。2．液體芯片飛行時間質(zhì)譜技術(shù)在臨床檢測中的應(yīng)用根據(jù)探針標記和色譜分析的原理，液體芯片飛行時間質(zhì)譜主要由兩部分組成：磁珠部分即液體芯片部分；飛行時間質(zhì)譜儀部分，用于獲取磁珠捕獲的蛋白質(zhì)質(zhì)量和含量，根據(jù)不同質(zhì)荷比的蛋白質(zhì)在長度一定的真空管中飛行所需時間不同，被測定的蛋白質(zhì)以一系列波鋒的形式出現(xiàn)，并由此繪制出待測蛋白的質(zhì)譜圖，可發(fā)現(xiàn)各樣本間的蛋白質(zhì)表達和含量的異同。液體芯片一飛行時間質(zhì)譜技術(shù)利用磁珠俘獲腫瘤患者與健康對照體液中低豐度特異蛋白或多肽，經(jīng)飛行時間質(zhì)譜測定和軟件分析，建立由兩者差異表達蛋白或多肽組成的質(zhì)譜圖模型，用于預(yù)測未知樣品的歸屬。液體芯片飛行時間質(zhì)譜技術(shù)主要用于從復(fù)雜體液如血清、血漿、尿液、唾液或腦脊液、組織裂解液、細胞培養(yǎng)上清液中發(fā)現(xiàn)潛在的生物標志物。一方面，該技術(shù)能夠在生物液體中檢測指示特異疾病的生物標志物模式或生物標志物譜，另一方面，該技術(shù)還可以鑒定單個的生物標志物候選物。在哈佛大學女子醫(yī)院、紐約斯隆-凱特琳癌癥研究所、麻省總醫(yī)院、貝勒醫(yī)學院等世界一流醫(yī)院和醫(yī)學研究所中，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于卵巢癌、前列腺癌、乳腺癌、腦膠質(zhì)瘤、頭頸鱗癌、膀胱癌等的早期診斷研究中。應(yīng)用該技術(shù)可協(xié)助診斷多種遺傳性代謝紊亂疾病，如各種氨基酸代謝失常血癥，包括胱氨酸尿癥、瓜氨酸血癥、酪氨酸血癥、超苯丙氨酸血癥、精氨酸缺乏癥、精氨琥珀酸尿癥和各種超甲硫氨酸血癥；短鏈核長鏈?；o酶A脫氫酶缺乏癥、異戊酸血癥、丙酸血癥、甲基丙二酸血癥、戊二酸血癥和其他各種有機酸代謝失常疾病等。由于液體芯片飛行時間質(zhì)譜技術(shù)具有準確度高、快速、高通量、靈敏度高、重復(fù)性好、分辨率高、檢測費用低等特點，是極具潛力的臨床腫瘤早期診斷工具。三．分子生物芯片技術(shù)在醫(yī)學檢驗中的應(yīng)用隨著人類基因組計劃(HGP)的完成，蛋白質(zhì)組計劃也已經(jīng)啟動，基因序列數(shù)據(jù)、蛋白序列和功能數(shù)據(jù)以驚人的速度增長，而傳統(tǒng)的生物技術(shù)已經(jīng)不能滿足數(shù)據(jù)倍增的要求，生命科學需要更快捷、更準確的自動化的生物技術(shù)，而生物芯片在這種情況下應(yīng)運而生。生物芯片(biochip)的概念雖源于計算機芯片但不同于計算機芯片。狹義的生物芯片即微陣列芯片，主要包括cDNA微陣列、寡核昔酸微陣列、蛋白質(zhì)微陣列和小分子化合物微陣列。分析的基本單位是在一定尺寸的基片(如硅片、玻璃、塑料等)表面以點陣方式固定的一系列可尋找的識別分子，點陣中每一個點都可視為一個傳感器的探頭。芯片表面固定的分子在一定的條件下與被檢測物進行反應(yīng)，其結(jié)果利用化學熒光法、酶標法、同位素法或電化學法顯示，再用掃描儀等儀器記錄，最后通過專門的計算機軟件進行分析。而廣義的生物芯片是指能對生物成分或生物分子進行快速并行處理和分析的厘米見方的固體薄型器件。生物芯片技術(shù)是融微電子學、生物學、物理學、化學、計算機科學為一體的高度交叉的新技術(shù)，具有重大的基礎(chǔ)研究價值，又具有明顯的產(chǎn)業(yè)化前景。經(jīng)過十多年發(fā)展，生物芯片技術(shù)已日臻完善，其應(yīng)用前景非常廣闊，因其具有技術(shù)操作簡易、自動化程度高、檢測目的分子數(shù)量多、高通量等特點，為“基因組計劃”時期基因功能的研究及科學及醫(yī)學診斷學的發(fā)展提供了強有力的工具。在臨床檢驗醫(yī)學方面，生物芯片技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于病毒、細茵的檢測自身兔疫性疾病的兔疫標志物的檢測。遺傳性疾病的檢測及腫瘤免疫標志物的單一檢測及其聯(lián)檢等方面。甘志遠等[3]通過呼吸道斑點試驗芯片法檢測呼吸道病毒抗體具有簡便快速、靈敏度和特異度高等優(yōu)點，是臨床呼吸道病毒感染輔助診斷的有效方法。值得推廣使用生物芯片具有操作簡單、信息量大、節(jié)約試劑、減少誤差、診斷快速的特點。在臨床診斷、科學研究和流行病學篩選中具有廣泛的應(yīng)用前景，它的的誕生也為人們提供了一種高通量、高效率的腫瘤學研究手段[4-6]。五．分子生物納米技術(shù)在醫(yī)學檢驗中的應(yīng)用1.納米科學技術(shù)是20世紀末期剛剛誕生并正在崛起的新科技。通過直接操縱和安排原子、分子創(chuàng)制新物質(zhì)，納米技術(shù)與醫(yī)學相結(jié)合，促進了基礎(chǔ)醫(yī)學研究技術(shù)的完善、臨床診斷技術(shù)的革新及治療水平的提高[7]。通過應(yīng)用納米技術(shù)，在DNA檢測時，檢測方法更加簡便、快速、準確。美國NASAAmesCenterforNanoteChnology與中南大學衛(wèi)生部納米生物技術(shù)重點實驗室合作，將碳納米管用于基因芯片，樣本需要量低于1000個NDA分子（傳統(tǒng)DNA檢測的樣本需要量超過106個DNA分子）；需要的樣品量更少，可免去傳統(tǒng)的PcR擴增步驟；結(jié)果可靠、重復(fù)性好、操作簡單、易實現(xiàn)檢測自動化[8]。免疫分析加上磁性修飾已成功地用于各種生物活性物質(zhì)和異生質(zhì)，如藥物、致癌物等的檢測。將特異性抗體或抗原固定到納米磁球表面，并以酶、放射性同位素熒光染料或化學發(fā)光物質(zhì)為基礎(chǔ)所產(chǎn)生的檢測與傳統(tǒng)微量滴定板技術(shù)相比具有簡單、快速和靈敏的特點。霍美俊等[9]利用抗體偶聯(lián)的靶向磁性納米顆粒，同時具有可在病毒感染的細胞周圍特異性富集和磁顆?？稍诮蛔兇艌鱿赂袘?yīng)升溫的雙重功能，將其作為磁感應(yīng)熱療的靶向介質(zhì)，有望研制出病毒感染性疾病磁感應(yīng)熱療的靶向介質(zhì)。為尋求一條快速診斷EV71病毒感染的新方法，納米細胞分離技術(shù)的出現(xiàn)有助于解決生物醫(yī)學中快速獲取細胞標本的難題。應(yīng)用納米免疫磁珠檢測早期肺癌患者循環(huán)血液中的腫瘤細胞，可監(jiān)測肺癌的轉(zhuǎn)移情況。2.六．分子生物學技術(shù)在臨床檢測應(yīng)用中的問題疾病的發(fā)生是由于人體受內(nèi)外因素的影響，導(dǎo)致機體細胞、組織或器官功能紊亂，歸根到底是核酸、蛋白等分子水平表達異常，由此可見，利用分子生物學技術(shù)進行臨床檢測是協(xié)助臨床診斷和治療的必不可少的工具。但由于分子生物學技術(shù)不僅對臨床樣品的處理有較高要求，而且對檢測人員的技術(shù)水平也有要求，這就涉及到從標本收集、處理、檢測和分析等多個環(huán)節(jié)的系統(tǒng)化和規(guī)范化，為此，我國已制定了臨床實驗室定量測定室內(nèi)質(zhì)量控制指南。利用分子生物學技術(shù)進行臨床監(jiān)測，在某些情況下可能存在一定困難，例如與核酸相比，蛋白和多肽作為生物標志的一個優(yōu)勢是它們能夠很容易的在血液、尿液和其他生物體液中找到。這些類型的樣品很容易獲得，并代表了含有豐富的具有潛在信息的生物學信息分子。但從研究手段方面來說，蛋白質(zhì)研究技術(shù)比核酸技術(shù)相對要復(fù)雜和困難，不僅氨基酸殘基數(shù)量多于核甘酸殘基，而且在蛋白質(zhì)組研究中沒有一種方法象PCR那樣能迅速擴增目的片段，這樣對于豐度低但功能重要的蛋白質(zhì)很難進行大規(guī)模的研究。miRNA雖然是新興的研究領(lǐng)域，但它們與疾病的相關(guān)性日益受到人們的重視，相信隨著基礎(chǔ)研究對miRNA不斷深入的認識，miRNA必將成為臨床檢測中的手段之一。七．參考文獻[1]王海英.分子生物學技術(shù)在醫(yī)學檢驗中的應(yīng)用發(fā)展［J］.當代醫(yī)學2011,17（6）16.[2]解福生，李歡.蛋白組學在心血管方面的研究進展.醫(yī)學信息(中旬刊),2011,8,3812-3813.[3]甘志遠，顏云盈，朱心智.生物芯片在嬰幼兒呼吸道病原體感染診斷中的應(yīng)用[J].內(nèi)科,2011,6(3):215-216.[4]王新允，袁玲，鄭海燕等.肺癌中FHIT蛋白表達細胞芯片的研究[J].中國肺癌雜志,2009,12(2):131-134.[5]朱抿，于軍，周文利等.生物芯片技術(shù)在肺癌研究中的應(yīng)用價值[J].中國肺癌雜志,2011,14,5:441-445.[6]張戰(zhàn)，朱波，林治華.生物芯片技術(shù)在腫瘤研究中的