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    措手不及的重磅:基因檢測或將進入可植入時代
    作者:    來源:    發布時間:2016-06-22

    我還記得去年在看可穿戴健康設備的時候,心中突發奇想,「現在都有監測心率、運動狀態和血糖水平的可穿戴設備了,要是人體的基因突變狀況可以連續實時監測的話,那該有多好哇!挂晕矣邢薜闹巧,我能想到的應用包括,癌癥的早期篩查和治療后監測。要是真可以這樣的話,患者可以時刻掌握自己的健康狀態。那真是妙不可言。

    當然,我一直覺得那僅僅是個美好的幻想而已。沒想到,竟讓加州大學圣迭戈分校的Ratnesh Lal團隊實現了?茖W家們用他們的研究論文再一次給我上了一課:「夢想還是要有的,萬一實現了呢!」6月13日,Lal團隊的研究成果刊登在《美國科學院學報》上(1)。

    Ratnesh Lal教授

    實際上Lal研發的這個設備檢測的內容跟23andMe一樣,都是檢測人體特定的基因突變位點(SNPs)。盡管目前科學家對大部分的SNPs的作用還不是很清楚,但是科學家也已經找到了跟癌癥、糖尿病、心臟疾病、神經性疾病、自體免疫和炎性疾病等有關的特殊SNPs。Lal教授就是研發了一款可以實時檢測跟疾病相關SNPs的可植入芯片。

    這款芯片的結構也很簡單,就是將可以找到特殊SNP的探針固定到石墨烯場效應晶體管(field-effect transistor,FET)上,一旦跟疾病有關的特定SNP出現,探針就會捕獲它們,電信號就在這一瞬間產生了。然后芯片會把信號發送到手機上,提醒用戶體內出現跟疾病相關的基因突變了。這個時候,我們就該放下手中的活,去醫院做進一步的檢查了。

    僅從原理上看,這個設備除了在將來會具備實時監測并發送信號的功能之外,與傳統的DNA芯片似乎沒有太大區別。實際上,這個設備遠沒有這么簡單,它的功夫全體現在細節上。細細數來,它具備現在SNPs檢測設備不具備的三大優勢。

    首先,與傳統DNA芯片的單鏈探針不同,Lal教授研發的這款芯片是雙鏈探針,只是在探針和芯片的連接處,有一段兒是單鏈。那些人就要問了,這雙鏈探針怎么捕捉游離的DNA?Lal教授對這個特殊的探針做了改造,那條固定在石墨烯場效應晶體管上的鏈是正常的鏈,可以捕獲攜帶特殊SNP的DNA片段;探針上另一條鏈較短,而且經過改造,與正常鏈結合的比較松,當攜帶特殊SNP的DNA片段從下面開始跟探針結合的時候,那個短鏈就會自動脫落。據Lal教授介紹,這種設計可以大大地避免探針抓錯對象,大幅提高檢測的準確性。

    長度為47nt的雙鏈探針,靠近石墨烯場效應晶體管的部分有7nt單鏈。后面是目標基因片段結合探針的過程

    其次,將探針連接到石墨烯場效應晶體管上這一設計,將探針捕捉攜帶特殊SNP的DNA片段這一過程,成功的轉換成電信號。這可是DNA動力學與高分辨率電信號有史以來第一次結合在一起。就是這個結合創造了奇跡,促使利用手機監測體內特定基因突變成為可能。

    最后,雙鏈探針還有個巨大的好處。就是可以把探針設計的很長。學過生物的都知道,探針越長,檢測的結果越準確。前段時間韓春雨老師發現的NgAgo基因編輯技術,就是因為引導部分比CRISPR長了一點,準確性就一下子提高了上千倍。因為Lal教授使用的是雙鏈探針,所以探針本身不會結合,這樣探針的長度就可以大大地延長。據Lal教授論文報道,他們用過47個堿基的探針,這可是檢測SNPs歷史上最長的探針了。毋庸置疑,這個芯片的準確性又大大提高了。

    靶向DNA片段結合前(左),靶向DNA片段結合后(右)

    本研究論文的共同第一作者Preston Landon表示,當前檢測SNPs需要復雜的設備,而且過程相對較慢,費用較高。他們研發的這個芯片相對簡單、快速、價格低廉,更厲害之處在于,可以配合手機一起使用,實時監測體內特殊基因突變情況。

    據Lal教授介紹,目前他們的研究還處于早期階段,但是他們已經向基因突變實時監測,并將突變狀況發送到手機上邁出了第一步。接下來他們會進一步優化技術,并給芯片添加無線連接和傳輸功能。時機成熟,他們會將芯片帶入臨床,并開展液體活檢試驗。Lal教授認為,他們的這項技術將引領新一代檢測和精準治療方法。

    從這款設備的技術原理來看,這一發明的確足夠激動人心。尤其是在癌癥的早發現和治療后監測上,可以給我們帶來無限的想象空間。而且一旦這項技術成熟,也會促進癌癥的相關基礎研究,尤其是在腫瘤的進化上。但是從目前來看,它也有一些缺陷。最主要的應該就是可同時監測的位點少。另外一個大問題就是基礎研究目前還沒有跟上,還沒有辦法直接證明基因突變可以預測發病的風險。這也是23andMe和FDA鬧別扭的原因所在。

    但是無論如何,我對這個技術還是非?春?纯茨壳耙后w活檢的發展趨勢就知道了。6月1日,FDA批準了羅氏的非小細胞肺癌EGFR基因突變檢測技術,這是FDA批準的第一個液體活檢產品,這就意味著羅氏成為第一個可以使用液體活檢診斷癌癥的公司。另外,6月4日,位于加州的創業公司Guardant Health在剛剛閉幕不久的美國臨床腫瘤學會2016年年會上發布了振奮人心的研究數據,表明液體活檢有取代組織活檢的實力。

    這些都表明,基因突變與癌癥之間的關系正在逐漸確立。我們有理由相信,可植入基因突變實時檢測設備遲早會走進我們的生活。

     

     

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