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        中國“芯”讀出耳聾遺傳密碼

          采集一滴新生兒足跟血,將從中提取的核酸樣本經(jīng)擴(kuò)增放大后注入一片長7.5厘米、寬2.5厘米的載玻片上,放進(jìn)普通打印機(jī)大小的配套儀器里,就可得知受試者是否攜帶遺傳性耳聾基因。這項中國原創(chuàng)的全球首款遺傳性耳聾基因檢測芯片系統(tǒng),使我國320多萬名新生兒獲益,并已走出國門。其研發(fā)團(tuán)隊清華大學(xué)、中國人民解放軍總醫(yī)院和博奧生物集團(tuán)近日獲得2018年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

          早期診聾防聾誕生中國“芯”

          聽力障礙是我國第二大出生缺陷疾病。我國現(xiàn)有聽力殘疾人2054萬,其中0~6歲兒童超過80萬人,且每年新增3萬名聾兒。研究表明,約60%的重度耳聾由遺傳因素導(dǎo)致;正常人中有4%~5%的耳聾基因攜帶率,是造成成人后天聾和生育下一代聾兒的主要原因。傳統(tǒng)的耳聾篩查和診斷技術(shù)操作繁瑣、通量低且耗費人力物力。

          遺傳性耳聾基因診斷芯片系統(tǒng)項目第一完成人、中國工程院院士程京說:“要解決這些問題,先要找到中國人群的致聾基因,然后解決現(xiàn)有檢測芯片和設(shè)備問題。”

          從2003年起,項目合作單位解放軍總醫(yī)院陸續(xù)收集到7630例耳聾臨床病例和2898例正常個體樣本,進(jìn)行遺傳性耳聾高危人群的分子病因?qū)W研究,確定了GJB2、SLC26A4、12SrRNA、 GJB3為中國人群主要的遺傳性耳聾致病基因及其上9個突變熱點。這些基因和位點就是檢測需要瞄準(zhǔn)的“靶子”。

          有了“靶子”就要升級“槍”,“槍”的核心就是芯片。項目組發(fā)明了高精度的多重等位基因特異性擴(kuò)增及通用芯片技術(shù)、在擴(kuò)增引物的適當(dāng)位置巧妙引入人工錯配堿基技術(shù)、磁珠分離富集單鏈DNA技術(shù)、利用表面張力精確控制雜交技術(shù),將這四大技術(shù)整合在一起,設(shè)計出了高精度、高靈敏度、高通量的突變位點檢測芯片。

          程京說:“芯片靈敏度低就需要采集大量樣本,這對于新生兒來說創(chuàng)傷大且不易實現(xiàn)。磁珠分離富集單鏈DNA技術(shù)將芯片檢測靈敏度提高了25倍。如此一來,一滴足跟血、一點口腔唾液、頭發(fā)毛囊就夠用。”

          圍繞芯片核心技術(shù),項目還發(fā)明了全自動液體工作站、芯片掃描儀、芯片雜交儀、芯片洗干儀、芯片點樣儀5種配套儀器,覆蓋了樣品制備、雜交反應(yīng)、雜交后清洗及掃描等過程?!斑@樣一整套儀器及解決方案,適合大規(guī)模篩查應(yīng)用,能夠檢測先天性耳聾、藥物性耳聾、遲發(fā)性耳聾的耳聾基因位點?!背叹┩嘎叮z傳性耳聾基因芯片的檢測能力從第一代的4個基因9個位點,擴(kuò)展到第二代的4個基因15個位點,未來還將研發(fā)出覆蓋更多基因和位點的芯片產(chǎn)品,為罕見病診斷提供更得力的工具。

          320萬新生兒篩查耳聾基因

          針對新生兒、耳聾遺傳高危人群進(jìn)行篩查,有利于避免藥物致聾并降低遲發(fā)性耳聾和后代聾兒出生率。程京說,育齡期女性尤其要重視藥物性耳聾篩查,因為藥物性耳聾基因通過母系遺傳,追蹤母系成員并發(fā)放用藥指南,可以給予整個家族保護(hù)。此外,檢測出的先天性耳聾孩子及早植入人工耳蝸,有助恢復(fù)聽力,不錯過語言發(fā)育的關(guān)鍵期。

          2009年,博奧生物生產(chǎn)的遺傳性耳聾基因檢測芯片系統(tǒng)投入市場,在婚育指導(dǎo)、產(chǎn)前篩查、新生兒和高危人群篩查、耳聾病因診斷等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。2012年4月,北京市開展新生兒遺傳性耳聾基因篩查工作,成為全球首個實現(xiàn)新生兒耳聾基因篩查的城市。一年后,北京市衛(wèi)生計生委委托衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)專家對北京耳聾基因項目篩查實施情況進(jìn)行評價?!敖Y(jié)果令人振奮?!背叹┱f,“篩查的成本效益比率為1∶7.27,即早期篩查可節(jié)約發(fā)病后因治療造成的約7倍損失?!?BR>
          此后,成都、鄭州、福州、太原、南通、東莞、濟(jì)南、新疆等20多個省(區(qū)、市)相繼實施新生兒遺傳性耳聾基因篩查,并將其納入政府民心工程。截至2018年年底,全國接受遺傳性耳聾基因篩查的新生兒超過320萬名,檢出總突變率為4.4%,其中藥物致聾基因攜帶者有8400多人,直接避免受檢者和家庭成員約8萬多人因使用藥物不當(dāng)而致聾。

          中國技術(shù)邁出國門

          遺傳性耳聾基因診斷芯片技術(shù)已受到國際關(guān)注。

          2014年,全美第二大醫(yī)療中心、美國邁阿密大學(xué)醫(yī)學(xué)院向項目研究團(tuán)隊發(fā)起請求。程京說,應(yīng)美國邁阿密大學(xué)請求,團(tuán)隊采用自主研發(fā)的微流控陣列芯片技術(shù)平臺,研發(fā)出首款用于檢測白種人遺傳性耳聾的基因檢測芯片和配套試劑,該芯片可以同時檢測與白種人常見遺傳性耳聾相關(guān)的5個基因9個位點。目前,芯片已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗階段,成果獲得國際同行高度認(rèn)可。

          美國外科學(xué)院院士、美國邁阿密大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳性耳聾中心主任劉學(xué)忠教授在第十屆亞太人工耳蝸植入及相關(guān)科學(xué)大會、2015年華人遺傳學(xué)大會等國際會議上介紹該成果時指出,“基于分子病因?qū)W研究結(jié)果研發(fā)耳聾芯片并應(yīng)用于大規(guī)模耳聾篩查,為聾病早期診斷和預(yù)防提供了新途徑”。

          2016年年初,遺傳性耳聾基因診斷芯片產(chǎn)品獲得臺灣地區(qū)衛(wèi)生福利部頒發(fā)的醫(yī)療器械許可證,進(jìn)入臺灣市場。2017年7月,遺傳性耳聾基因診斷試劑盒獲得泰國國家公共衛(wèi)生部食品藥品監(jiān)督管理局核發(fā)的醫(yī)療器械注冊證書。

          程京說,為進(jìn)一步提高效率,團(tuán)隊已成功研制出基于先進(jìn)微流控芯片技術(shù)的一體機(jī)系統(tǒng),15分鐘~20分鐘可自動快速完成雜交、清洗和掃描等操作過程,雜交、清洗時間比以前縮短約4倍。初步實驗表明,整個檢測過程可以在兩個小時內(nèi)全部完成。
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