芯片制備方法 - 生物芯片

　　芯片制備方法

　　包括原位合成和預(yù)合成后點(diǎn)樣。

　　原位合成：適用于寡核苷酸，通過光引導(dǎo)蝕刻技術(shù)。已有P53、P450，BRCAI/BRCA2 等基因突變的基因芯片。

　　預(yù)合成后點(diǎn)樣：是將提取或合成好的多肽、蛋白、寡核苷酸、cDNA、基因組DAN等通過特定的高速點(diǎn)樣機(jī)器人直接點(diǎn)在芯片上。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于相對簡易低廉，被國內(nèi)外廣泛使用。

　　接觸式點(diǎn)樣：是指打印針從多孔板取出樣品后直接打印在芯片上。打印時(shí)針頭與芯片接觸。優(yōu)點(diǎn)是探針密度高，通常一平方厘米可打印2500個(gè)探針。缺點(diǎn)是定量準(zhǔn)確性及重現(xiàn)性不太好。

　　非接觸式點(diǎn)樣：針頭與芯片保持一定距離。優(yōu)點(diǎn)是定量準(zhǔn)確重現(xiàn)性好，缺點(diǎn)是噴印的斑點(diǎn)大，密度低。通常一平方厘米只有400點(diǎn)。但是日本佳能公司 能把噴印點(diǎn)直徑大小由150-100μm降到30-25μm?？蓪⒉溉閯?dòng)物整個(gè)基因組DNA點(diǎn)陣于一張芯片上成為可能。

　　使用壽命

　　按照美國生物芯片制備標(biāo)準(zhǔn)，使用壽命約為10-15年。

　　應(yīng)用領(lǐng)域

　　最大用途在于疾病檢測

　　基因表達(dá)水平的檢測

　　用基因芯片進(jìn)行的表達(dá)水平檢測可自動(dòng)、快速地檢測出成千上萬個(gè)基因的表達(dá)情況。謝納（M.Schena） 等用人外周血淋巴細(xì)胞的cDNA文庫構(gòu)建一個(gè)代表1046個(gè)基因的cDNA微陣列，來檢測體外培養(yǎng)的T細(xì)胞對熱休克反應(yīng)后不同基因表達(dá)的差異，發(fā)現(xiàn)有5個(gè)基因在處理后存在非常明顯的高表達(dá)，11個(gè)基因中度表達(dá)增加和6個(gè)基因表達(dá)明顯抑制。該結(jié)果還用熒光素交換標(biāo)記對照和處理組及RNA印跡方法證實(shí)。在HGP完成之后，用于檢測在不同生理、病理?xiàng)l件下的人類所有基因表達(dá)變化的基因組芯片為期不遠(yuǎn)了。

　　基因診斷

　　從正常人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜。從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出病變圖譜。通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。這種基因芯片診斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟(jì)、平行化、自動(dòng)化等特點(diǎn)，將成為一項(xiàng)現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。例如Affymetrix公司，把p53基因全長序列和已知突變的探針集成在芯片上，制成p53基因芯片，將在癌癥早期診斷中發(fā)揮作用。又如，Heller等構(gòu)建了96個(gè)基因的cDNA微陣，用于檢測分析風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（RA）相關(guān)的基因，以探討DNA芯片在感染性疾病診斷方面的應(yīng)用。

　　藥物篩選

　　利用基因芯片分析用藥前后機(jī)體的不同組織、器官基因表達(dá)的差異。如果再cDNA表達(dá)文庫得到的肽庫制作肽芯片，則可以從眾多的藥物成分中篩選到起作用的部分物質(zhì)。還有，利用RNA、單鏈DNA有很大的柔性，能形成復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，更有利與靶分子相結(jié)合，可將核酸庫中的RNA或單鏈DNA固定在芯片上，然后與靶蛋白孵育，形成蛋白質(zhì)-RNA或蛋白質(zhì)-DNA復(fù)合物，可以篩選特異的藥物蛋白或核酸，因此芯片技術(shù)和RNA庫的結(jié)合在藥物篩選中將得到廣泛應(yīng)用。在尋找HIV藥物中，Jellis等用組合化學(xué)合成及DNA芯片技術(shù)篩選了654536種硫代磷酸八聚核苷酸，并從中確定了具有XXG4XX樣結(jié)構(gòu)的抑制物，實(shí)驗(yàn)表明，這種篩選物對HIV感染細(xì)胞有明顯阻斷作用。生物芯片技術(shù)使得藥物篩選，靶基因鑒別和新藥測試的速度大大提高，成本大大降低。

　　個(gè)體化醫(yī)療

　　臨床上，同樣藥物的劑量對病人甲有效可能對病人乙不起作用，而對病人丙則可能有副作用。在藥物療效與副作用方面，病人的反應(yīng)差異很大。這主要是由于病人遺傳學(xué)上存在差異（單核苷酸多態(tài)性，SNP），導(dǎo)致對藥物產(chǎn)生不同的反應(yīng)。如果利用基因芯片技術(shù)對患者先進(jìn)行診斷，再開處方，就可對病人實(shí)施個(gè)體優(yōu)化治療。另一方面，在治療中，很多同種疾病的具體病因是因人而異的，用藥也應(yīng)因人而異。例如乙肝有較多亞型，HBV基因的多個(gè)位點(diǎn)如S、P及C基因區(qū)易發(fā)生變異。若用乙肝病毒基因多態(tài)性檢測芯片每隔一段時(shí)間就檢測一次，這對指導(dǎo)用藥防止乙肝病毒耐藥性很有意義。

　　測序

　　基因芯片利用固定探針與樣品進(jìn)行分子雜交產(chǎn)生的雜交圖譜而排列出待測樣品的序列，這種測定方法快速而具有十分誘人的前景。研究人員用含135000個(gè)寡核苷酸探針的陣列測定了全長為16.6kb的人線粒體基因組序列，準(zhǔn)確率達(dá)99%。用含有48000個(gè)寡核苷酸的高密度微陣列分析了黑猩猩和人BRCA1基因序列差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在外顯子約3.4kb長度范圍內(nèi)的核酸序列同源性在98.2%到83.5%之間，提示了二者在進(jìn)化上的高度相似性。

　　生物信息學(xué)研究

　　人類基因組計(jì)劃是人類為了認(rèn)識(shí)自己而進(jìn)行的一項(xiàng)偉大而影響深遠(yuǎn)的研究計(jì)劃。目前的問題是面對大量的基因或基因片斷序列如何研究其功能，只有知道其功能才能真正體現(xiàn)HGP計(jì)劃的價(jià)值--破譯人類基因這部天書。后基因組計(jì)劃、蛋白組計(jì)劃、疾病基因組計(jì)劃等概念就是為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而提出的。生物信息學(xué)將在其中扮演至關(guān)重要的角色。生物芯片技術(shù)就是為實(shí)現(xiàn)這一環(huán)節(jié)而建立的，使對個(gè)體生物信息進(jìn)行高速、并行采集和分析成為可能，必將成為未來生物信息學(xué)研究中的一個(gè)重要信息采集和處理平臺(tái)，成為基因組信息學(xué)研究的主要技術(shù)支撐。生物芯片作為生物信息學(xué)的主要技術(shù)支撐和操作平臺(tái)，其廣闊的發(fā)展空間就不言而喻。

　　在實(shí)際應(yīng)用方面，生物芯片技術(shù)可廣泛應(yīng)用于疾病診斷和治療、藥物基因組圖譜、藥物篩選、中藥物種鑒定、農(nóng)作物的優(yōu)育優(yōu)選、司法鑒定、食品衛(wèi)生監(jiān)督、環(huán)境檢測、國防等許多領(lǐng)域。它將為人類認(rèn)識(shí)生命的起源、遺傳、發(fā)育與進(jìn)化、為人類疾病的診斷、治療和防治開辟全新的途徑，為生物大分子的全新設(shè)計(jì)和藥物開發(fā)中先導(dǎo)化合物的快速篩選和藥物基因組學(xué)研究提供技術(shù)支撐平臺(tái)，這從中國99年3月國家科學(xué)技術(shù)部剛起草的《醫(yī)藥生物技術(shù)“十五”及2015年規(guī)劃》中便可見一斑：規(guī)劃所列十五個(gè)關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目中，就有八個(gè)項(xiàng)目（基因組學(xué)技術(shù)、重大疾病相關(guān)基因的分離和功能研究、基因藥物工程、基因治療技術(shù)、生物信息學(xué)技術(shù)、組合生物合成技術(shù)、新型診斷技術(shù)、蛋白質(zhì)組學(xué)和生物芯片技術(shù)）要使用生物芯片。生物芯片技術(shù)被單列作為一個(gè)專門項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃?？傊镄酒夹g(shù)在醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)、藥業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境科學(xué)等凡與生命活動(dòng)有關(guān)的領(lǐng)域中均具有重大的應(yīng)用前景。