分子生物學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的有效應(yīng)用

夏曉培，趙靜

（許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南許昌 461000）

分子生物學(xué)即以核酸、蛋白質(zhì)等作為研究對(duì)象的一門學(xué)科。1953年由沃森（Watson）與克里克（Crick）提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，而在該時(shí)期分子生物學(xué)技術(shù)（MMBT）正式進(jìn)入公眾視野，開始受到關(guān)注，這使得一直都無突破性發(fā)展的傳統(tǒng)生物學(xué)有了新的希望，也正式邁進(jìn)分子生物學(xué)時(shí)代，拓寬了遺傳研究領(lǐng)域，促其逐漸延伸至分子層次，這為認(rèn)識(shí)生命遺傳信息供給了更多可能性，也推動(dòng)了血液學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)與生物化學(xué)等其他學(xué)科的發(fā)展?？傮w來講，現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用利于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)（如分子遺傳學(xué)、基因克隆技術(shù)與細(xì)胞生物學(xué)等）的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的重視度逐漸提升，二者相輔相成，彼此促進(jìn)。本文闡述了分子生物學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用。

1 PCR技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）又稱多聚酶鏈反應(yīng)或無細(xì)胞克隆技術(shù)，是一種于生物體細(xì)胞外經(jīng)酶促合成特異DNA或DNA片段的技術(shù)[1]。PCR技術(shù)是由高溫變性、低溫退火與適溫延伸三大環(huán)節(jié)多次循環(huán)構(gòu)成，主要是受到特異耐熱的Taq DNA聚合酶的催化而形成的DNA聚合酶催化反應(yīng)?，F(xiàn)今，全球依靠PCR技術(shù)進(jìn)行感染性疾病診斷的人數(shù)達(dá)到幾千萬。1995年、1998年里美國臨床檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)與國際臨床化學(xué)學(xué)會(huì)前后頒布了關(guān)于分子擴(kuò)增應(yīng)用于臨床診斷的質(zhì)量評(píng)估文件等準(zhǔn)則，充分凸顯了PCR技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域的受重視程度。

現(xiàn)如今，PCR在免疫學(xué)、微生物學(xué)、食品檢測(cè)、腫瘤學(xué)、遺傳學(xué)等多領(lǐng)域均得到了應(yīng)用，而在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用不但可使樣品檢測(cè)的可靠性與準(zhǔn)確性得到保證，還可達(dá)到節(jié)省人力、物力與財(cái)力的目的，社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益較高，值得推廣應(yīng)用[2]。傳統(tǒng)培養(yǎng)檢測(cè)、免疫測(cè)定技術(shù)存在諸多不足，隨著PCR技術(shù)的進(jìn)步與完善，現(xiàn)已發(fā)展至實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)、實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)、連接酶鏈反應(yīng)（LCR）等，這些新技術(shù)靈敏度更高、特異性更強(qiáng)，將在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。

2 分子生物遺傳器在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用

分子生物傳感器是把傳感技術(shù)和分子生物診斷技術(shù)彼此結(jié)合的一門新技術(shù)。分子生物傳感器即借助一定的生物或化學(xué)的固定技術(shù)，把生物識(shí)別元件（細(xì)胞、酶、微生物、蛋白、抗原等）固定于換能器，在待測(cè)物和生物識(shí)別元件出現(xiàn)特異性反應(yīng)后，經(jīng)換能器把出現(xiàn)的反應(yīng)結(jié)果轉(zhuǎn)化成能輸出、檢測(cè)的電信號(hào)與光信號(hào)等，進(jìn)而對(duì)待測(cè)物質(zhì)作定量與定性分析，實(shí)現(xiàn)快捷準(zhǔn)確檢測(cè)。分子生物傳感器被應(yīng)用于檢測(cè)小分子有機(jī)物、核酸、體液內(nèi)微量蛋白等各類物質(zhì)[3]。如某學(xué)者將某受檢者體液抽出作為標(biāo)本[4]，對(duì)標(biāo)本微量蛋白或小分子有機(jī)物質(zhì)展開研究，該學(xué)者把這些標(biāo)本和分子生物傳感器接觸，標(biāo)本展現(xiàn)出的特異性與其他物質(zhì)存在差異，這些均可為臨床病情診斷與評(píng)估提供依據(jù)。

近兩年，高精密度生物傳感器技術(shù)的應(yīng)用將臨床病原微生物檢測(cè)的研究推向了新高度。目前應(yīng)用較多的生物傳感器類型有壓電生物傳感器、光學(xué)生物傳感器與電化學(xué)生物傳感器，而光學(xué)生物傳感器在病原微生物檢測(cè)中的應(yīng)用研究更深入，而以表面與熒光等離激元為主的光學(xué)生物傳感器因靈敏性與選擇性較強(qiáng)，能快速檢測(cè)毒素、污染物、病原菌等，故而在生物分析領(lǐng)域應(yīng)用較廣。

3 分子生物芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用

生物芯片技術(shù)是集化學(xué)、微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科為一體的高度交叉的新技術(shù)，有一定的研究價(jià)值，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景可觀?，F(xiàn)今，生物芯片技術(shù)通過十多年發(fā)展研究已日趨完善，自動(dòng)化程度高、操作簡單方便，為“后基因組計(jì)劃”時(shí)期基因功能研究與現(xiàn)代一些科學(xué)與醫(yī)學(xué)診斷學(xué)發(fā)展供給了有力工具[5]。在人類基因組計(jì)劃（HCP）完成之際，蛋白質(zhì)計(jì)劃也成功啟動(dòng)，蛋白序列、基因序列數(shù)據(jù)與功能數(shù)據(jù)增長速度非?？欤瑐鹘y(tǒng)生物技術(shù)的應(yīng)用已和這種數(shù)據(jù)倍增的現(xiàn)狀不匹配，生命科學(xué)的研究對(duì)生物技術(shù)的要求更高，在這一背景下生物芯片技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。生物芯片概念界定出自計(jì)算機(jī)芯片卻和計(jì)算機(jī)芯片存在差異，從狹義視角來對(duì)生物芯片進(jìn)行闡述即微陣列芯片，具體涉及蛋白質(zhì)微陣列、cDNA微陣列、小分子化合物微陣列與寡核有酸微陣列。分析的基本單位即在某一尺寸的基片（如塑料、硅片等）表層且以點(diǎn)陣形式固定的一系列可尋址的識(shí)別分子，點(diǎn)陣?yán)锼悬c(diǎn)均可看成一個(gè)傳感器的探頭。芯片表層固定的分子于某方面來講和被檢測(cè)物發(fā)生反應(yīng)，結(jié)果借助酶標(biāo)法、化學(xué)熒光法得到顯示，后用掃描儀等儀器記錄，再依靠專業(yè)計(jì)算機(jī)軟件展開分析[6]。從廣義視角來對(duì)生物芯片進(jìn)行闡述即對(duì)生物成分或生物分子展開快速且給予分析與處理的厘米見方的固體薄型器件。生物芯片信息量大、操作便利，操作快速簡單、試劑用量小等特征，在科學(xué)研究、臨床診斷與流行病學(xué)篩查中均發(fā)揮了作用，生物芯片的出現(xiàn)還為人類供給了高效率、高通量腫瘤學(xué)研究方法。生物芯片技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域中進(jìn)行細(xì)菌/病毒、遺傳性疾病、自身免疫性疾病的免疫標(biāo)志物的檢測(cè)以及腫瘤免疫標(biāo)志物的單一檢測(cè)與聯(lián)檢等，應(yīng)用前景可觀。

相較于歐洲發(fā)達(dá)國家，分子生物芯片技術(shù)在我國的應(yīng)用時(shí)間不長。由《2017—2022年中國生物芯片市場評(píng)估及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》數(shù)據(jù)結(jié)果得知，2008—2015年間我國生物芯片技術(shù)市場規(guī)模呈現(xiàn)出持續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì)（見圖1）。而生物芯片最早是源于DNA雜交探針技術(shù)和半導(dǎo)體工業(yè)技術(shù)的結(jié)合，故而也被稱為蛋白芯片或基因芯片[7]。分子生物芯片技術(shù)的應(yīng)用主要結(jié)合分子間特異性彼此作用的原理，把多領(lǐng)域不連續(xù)的分析過程，特別是生命科學(xué)不連續(xù)分析過程依靠硅芯片或玻璃芯片表層的微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)基因、細(xì)胞與蛋白質(zhì)等組分信息的準(zhǔn)確獲得，為臨床診斷和治療提供信息。現(xiàn)今，分子生物芯片技術(shù)的發(fā)展讓人類對(duì)疾病的認(rèn)知程度更高，這也屬于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)不能跟上現(xiàn)代高端醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)步調(diào)的表現(xiàn)，更加證明了分子生物芯片技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，不過也需結(jié)合時(shí)代變化與技術(shù)改革方向進(jìn)行更替換代，唯有如此方可使分子生物芯片技術(shù)更加完善，在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域長期發(fā)揮作用。

圖1 2008年-2015年中國生物芯片行業(yè)市場規(guī)模統(tǒng)計(jì)（億元）

4 分子生物納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用

分子生物納米技術(shù)是現(xiàn)今國內(nèi)外生物技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題，在臨床醫(yī)學(xué)與衛(wèi)生領(lǐng)域極具應(yīng)用價(jià)值，雖現(xiàn)今各個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域檢測(cè)技術(shù)已較成熟，但并非所有檢測(cè)方法的結(jié)果均準(zhǔn)確無誤，而哪種檢測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)確度更高，那么該技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值就更大，這屬于分子生物納米技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。對(duì)分子生物納米技術(shù)來講，具體涉及納米電子學(xué)、納米材料、納米藥物學(xué)、納米動(dòng)力學(xué)[8]?，F(xiàn)今分子生物納米技術(shù)能夠依靠自組裝法達(dá)到于細(xì)胞中置放符合要求的零件或組件實(shí)現(xiàn)新材料構(gòu)建的目的，這推動(dòng)了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展之際，對(duì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)的研究而言也屬于一項(xiàng)新突破。

5 分子蛋白組學(xué)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用

蛋白組學(xué)是基因組學(xué)后的另一組學(xué)，呈現(xiàn)出快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，它可對(duì)蛋白層面表達(dá)情況給予全面考察，從而獲得各類因子、蛋白等多方面的信息，并對(duì)相關(guān)機(jī)制展開全面研究?，F(xiàn)今醫(yī)療工作的開展中醫(yī)療觀念已逐漸由傳統(tǒng)被動(dòng)治療過渡至主動(dòng)預(yù)防與診治，尤其是個(gè)體化醫(yī)學(xué)的產(chǎn)生與漸入主流，生物標(biāo)志物研究與開發(fā)備受關(guān)注，成為臨床與制造領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。人類基因組與無數(shù)病原體測(cè)序均為蛋白組學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)，為蛋白組學(xué)的開發(fā)與研究供給基因序列編碼框架，提高了學(xué)者們致力于應(yīng)用蛋白組學(xué)進(jìn)行疾病研究的進(jìn)程，發(fā)現(xiàn)新的早期診斷與監(jiān)測(cè)的生物標(biāo)志物等領(lǐng)域的研究熱情[9]。雖癌基因的發(fā)現(xiàn)與臨床應(yīng)用在分子水平上理解疾病的發(fā)生發(fā)展中取得了極大進(jìn)步，不過疾病病因、早期診斷與治療等方面仍有缺陷。和其他方法相比，分子蛋白組學(xué)在發(fā)展腫瘤早期檢測(cè)、新生物標(biāo)志發(fā)現(xiàn)與研究中的應(yīng)用價(jià)值更高，可達(dá)到指導(dǎo)疾病治療的作用。

在后續(xù)研究中，蛋白組學(xué)技術(shù)若能配合其他先進(jìn)技術(shù)，提高敏感度，降低樣品檢測(cè)要求，必將在疾病診斷與治療中得到更大程度的應(yīng)用。

6 存在問題和發(fā)展前景

分子生物學(xué)技術(shù)作為醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的診療手段之一，仍存在技術(shù)繁雜、儀器要求高、藥品與反應(yīng)盒貴等問題，影響其在臨床的推廣應(yīng)用。具體表現(xiàn)為:（1）檢驗(yàn)項(xiàng)目的不合理選擇。分子生物學(xué)方法靈敏性與特異性均較強(qiáng)，但臨床卻未結(jié)合實(shí)際進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理檢驗(yàn)項(xiàng)目選擇；（2）疾病診斷對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果過于依賴。臨床在疾病診斷中需結(jié)合臨床資料展開綜合分析，不可過于看重分子生物學(xué)技術(shù)檢測(cè)結(jié)果，而將標(biāo)本取樣與檢驗(yàn)期間不規(guī)范操作等因素引起的假陰性與假陽性進(jìn)行忽略，最終因診斷錯(cuò)誤而錯(cuò)過最佳治療期。

故而在今后研究中需對(duì)以上問題引起重視，注重實(shí)驗(yàn)投入的控制，進(jìn)行操作流程簡化，盡力實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程全自動(dòng)化目標(biāo)，避免因人為因素而使檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度受影響，通過對(duì)各項(xiàng)先進(jìn)分子生物學(xué)技術(shù)的改進(jìn)與完善，促檢驗(yàn)敏感性與特異性提高，為臨床疾病治療供給參考依據(jù)。