生物芯片在聾病分子檢測中的應用

　　在20世紀科技史上有兩件事影響深遠：一是微電子芯片，它是計算機和許多家電的“心臟”，它改變了我們的經濟和文化生活，并已進入每一個家庭；另一件事就是生物芯片，它將改變生命科學的研究方式，革新醫學診斷和治療，極大地提高人口素質和健康水平。這是美國《財富》雜志對生物芯片的評價。什么是生物芯片，它為何一誕生就被賦予如此高的評價？它是如何制作的？它又是如何走進千家萬戶，走近聾病患者的身邊？

　　簡單地說，生物芯片就是在一塊指甲大小的玻片、硅片、尼龍膜等材料上放上生物樣品，然后由一種儀器收集信號，用計算機分析數據結果。1995 年，Schena 等人在《Science》上發表了第一個基因芯片的實驗數據，揭開了生物芯片發展的序幕。隨著該項技術的發展，生物芯片的種類也逐漸增多，主要包括微陣列芯片和微流控芯片兩類。微陣列芯片是目前應用最廣泛的一類芯片，它主要包括基因芯片，蛋白芯片，細胞芯片及組織芯片等。

　　生物芯片的體積往往非常小，但是由于其特殊的制備方法和檢測方法，使得在一張載玻片大小的芯片上卻可以檢測多至成千上萬個基因，從而達到高通量，快速，簡便的進行檢測的目的，使得“方寸之地，生機無限”。

　　下面就以基因芯片為例簡單介紹一下它的制作過程，揭開生物芯片神秘面紗的一角。

　　生物芯片的基質材料可以多種多樣，選擇平整、潔凈、均一且自發熒光低的材料作為基片后，需要用化學試劑對表面進行表面修飾或表面涂覆，使得基片表面富含活性基團，從而具有良好的吸附和固定能力，還有很好的匹配能力，找到相應的需要連接的生物分子。這也是生物芯片制作過程中十分關鍵的一個步驟。

　　1.2 芯片制作

　　芯片制作的過程就是將生物分子放到芯片的表面上，非常類似于農民插秧的方法，只是對位置的準確性要求非常高。接觸式點樣是應用最廣泛的一種方法，在點樣過程中，運動控制系統上裝有夾具或點樣頭以及一根或多根微點樣針，根據需要點制出各種芯片。點樣針的頭部有一個樣品通道，用來存放一定體積的樣品。由于生物芯片的特殊性，它所需要的樣品極其微量，往往10μl樣品就可以點制上千張芯片，大大節約了樣品的需求。

　　芯片點制完成后，尚需特殊的過程進行固定。固定的方式則根據上一步“基片處理”后基片上保留的不同基團有很大不同。

　　1.3 芯片雜交

　　芯片雜交從根本上說是分子之間的相互作用。在基因芯片的樣品制備過程中，將待測樣品中的模板

　　DNA 提取出來后，通過PCR 可以得到足以進行雜交的靶標分子，還可以對靶標分子進行熒光標記。雜交反應就是將擴增好的產物，加在用前面方法制備好的基因芯片上，芯片上的DNA 探針與擴增好的產物充分接觸，進行生物化學反應的過程。

　　雜交完成后，需要進行清洗，主要是將樣品中因與探針序列不匹配而不能結合的核酸分子除去，然后就可以進行下一步的信號檢測了。

　　1.4 芯片檢測

　　前文說到，待測樣品中的靶標分子一般采用熒光標記，其作用是使生物分子能夠發光而被檢測。由于生物芯片上的點樣直徑往往只有100-200μm，因此雜交并清洗后的芯片需要專用的芯片掃描儀器才能進行信號檢測。在儀器特定波長激發下，結合在相應探針點上的靶標DNA 就會產生信號，檢測這些信號就可以判斷樣品中存在對應的靶標序列，同時還可以根據信號強弱來判斷樣品中靶標分子的多少。

　　導致耳聾的原因很多，包括遺傳和環境、藥物、外傷等多方面原因，但是其中60% 與遺傳因素有關，稱為遺傳性耳聾。人們發現多種基因突變參與了該病的發病機制，與聾病相關的基因很多，需要檢測的位點更多，傳統的檢測技術如測序往往價格昂貴，操作復雜耗時長，難以滿足大規模篩查診斷的需求。生物芯片具有集成化，高通量，快速簡便等特點，可以很好的幫助臨床醫生解決這個問題。

　　博奧生物有限公司的研發團隊，利用通用芯片建立了一種新技術，命名為多重等位基因特異性PCR通用芯片（allele-specific PCR-based universal array ，ASPUA），并已申請ZL保護。該技術將等位基因辨別反應通過多重等位基因特異性PCR 在液相中實現，然后利用標記了不同標簽探針的固相通用芯片作為一種解碼工具將PCR 結果展現出來。

　　采用該技術的遺傳性耳聾基因檢測芯片將分子診斷與基因芯片技術相結合，從而達到通量高、成本低、檢測快的要求，可在5 小時之內完成導致遺傳性耳聾的4 種常見基因（GJB2，GJB3，SLC26A4 和線粒體基因）的檢測。這些基因是通過大量流行病學調研，選擇在中國人群中最常見的基因，所選擇的突變熱點占這些基因突變的80%-98%。

　　通過這個芯片，可以幫助臨床醫生從病因學角度輔助耳聾診斷，幫助耳聾患者尋找確切的病因，同時也可以指導患者用藥，評價電子耳蝸療效，指導生活注意事項，指導生育等等。同時，ASPUA 作為一種通用基因芯片技術，除了以上提到幾個基因，或我們關注的突變位點，對于類似的已知耳聾相關基因或突變，都可以用基因芯片的方法進行科學研究或臨床檢測，從而使更多人遠離無聲世界。