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分子诊断

分子诊断:应用分子生物学方法检测患者体内遗传物质的结构或表达水平的变化而做出诊断的技术,称为分子诊断。分子诊断是预测诊断的主要方法,

既可以进行个体遗传病的诊断,也可以进行产前诊断。分子诊断的材料包括DNA、RNA和蛋白质。

应用领域


其中,PCR产品占据目前分子诊断的主要市场,基因芯片是分子诊断市场发展的主要趋势。PCR产品灵敏度高、特异性强、诊断窗口期短,可进行定性、

定量检测,可广泛用于肝炎、性病、肺感染性疾病、优生优育、遗传病基因、肿瘤等,填补了早期免疫检测窗口期的检测空白,为早期诊断、早期治疗、

安全用血提供了有效的帮助。基因芯片是分子生物学、微电子、计算机等多学科结合的结晶,综合了多种现代高精尖技术,被专家誉为诊断行业的终极

产品。但其成本高、开发难度大,目前产品种类很少,只用于科研和药物筛选等用途。

基本原理


分子诊断的主要技术有核酸分子杂交、聚合酶链反应和生物芯片技术。

1.核酸分子杂交技术 具有一定互补序列和核苷酸单链在液相或固相中按碱基互补配对原则缔合成异质双链的过程,称为核酸分子杂交。杂交的双方是待

测核酸序列和探针序列。应用该技术可对特定DNA或RNA序列进行定性或定量检测。

2.聚合酶链反应(即Polymerase chain reaction,PCR)  原理:PCR是模板DNA,引物和四种脱氧核糖核昔三磷酸(dNTP)在DNA聚合酶作用下发生酶

促聚合反应,扩增出所需目的DNA。包括三个基本步骤:双链DNA模板加热变性成单链(变性);在低温下引物与单链DNA互补配对(退火);在适宜

温度下TapDNA聚合酶催化引物沿着模板DNA延伸。

3.生物芯片技术是近年发展起来的分子生物学与微电子技术相结合的核酸分析检测技术。最初的生物芯片技术主要目标是用于DNA序列测定、基因表达谱

鉴定和基因突变体检测和分析,所以又称为DNA芯片或基因芯片技术。由于目前这一技术已扩展至免疫反应、受体结合等非核酸领域,出现了蛋白质芯片、

免疫芯片、细胞芯片、组织芯片等,所以改称生物芯片技术更符合发展趋势。

基本流程


多年来,大部分分子诊断实验室的核心技术都主要集中在检测特异性、相对较短的DNA或RNA片段上。该技术能诊断传染性疾病、鉴别影响药物代谢的

特殊基因变异型或检测与疾病有关的基因,如与癌症有关的基因。这些检测的核心是实时定量聚合酶链反应(PCR)、转录调节扩增(TMA)、靶向扩增

和信号扩增等类似技术的应用。桑格排序和DNA片段分析或采用毛细电泳法的凝胶法都是分子诊断实验室的关键技术,但他们通常还包括检测过程中的扩

增步骤。为了能顺利应用那些采用DNA和RNA来诊断疾病的检测,分子诊断实验室必须要使用定义明确的工作流程,从而得到稳定的、有效的结果,而当

前已存在能帮助诊断实验室实现每个工作流程流水化的特殊工具。检测的基本流程如下所示:

1、样本收集和制备。 从样本中提取出用于检测的基因。
2、扩增:一旦分离出基因物质,必须立即将其扩增到可检测数量,以便做出诊断命令。

3、检测:获得足够的目标物质后,光型传感器将读取与即将检测的目标物质相对应的信号。信号必须是单一的或多样的,从而实现在一次反应

(如多通道检测)中检测到多种目标物质。

4、数据分析:对在检测步骤中读取出的信号进行分析。将分析结果转换为实验室人员随时可以解释的信息,从而最终为临床医生提供诊断结果。

发展趋势


世界各国高度重视分子诊断技术的发展,基因芯片将成为新一代分子诊断试剂开发的主流。基因芯片是分子生物学、微电子、计算机等多学科结合的结晶,

综合了多种现代高精尖技术,被专家誉为“诊断行业的终极产品”。基因芯片具有同时能够检测多个靶点的功能,具有快速有效的特点。因而基因芯片成为

新一代分子诊断试剂的主要开发方向,但其成本高、开发难度大,目前产品种类很少,只用于科研和药物筛选等用途。目前基因芯片的大规模临床应用还

存在尚未克服的技术缺陷,主要是由于芯片诊断特异性和灵敏度低、芯片诊断成本高昂和芯片诊断配套仪器价格昂贵等原因。目前全球,虽然只有少数的

芯片可用于临床诊断,但国内基因芯片技术已经处于世界领跑的地位。基因芯片技术将是荧光定量PCR 检测技术最具挑战的潜在对手,主要是:荧光定量

PCR 技术一次只能检测一个或几个目标基因,而基因芯片技术可以实现对大量目标基因的同时检测。随着人类基因组计划的进展,基因芯片在国内外已成

为研发热点。若基因芯片技术迅速成熟并大规模产业化,将对荧光定量PCR 检测产生较大的冲击。不过,目前基因芯片的大规模临床应用还存在尚未克服

的技术缺陷,主要是由于芯片诊断特异性和灵敏度低、芯片诊断成本高昂和芯片诊断配套仪器价格昂贵等原因,预计荧光定量PCR 检测技术在今后5 到10 

年内可保持领先。



标签:   分子诊断 遗传病诊断 产前诊断
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