采集一滴新生兒足跟血，將從中提取的核酸樣本經(jīng)擴增放大后注入一片長7.5厘米、寬2.5厘米的載玻片上，放進普通打印機大小的配套儀器里，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)團隊清華大學(xué)、中國人民解放軍總醫(yī)院和博奧生物集團近日獲得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增及通用芯片技術(shù)、在擴增引物的適當(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。“這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?，遺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。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)濟學(xué)專家對北京耳聾基因項目篩查實施情況進行評價?！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?！?/p>
此后，成都、鄭州、福州、太原、南通、東莞、濟南、新疆等20多個?。▍^(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)院向項目研究團隊發(fā)起請求。程京說，應(yīng)美國邁阿密大學(xué)請求，團隊采用自主研發(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，為進一步提高效率，團隊已成功研制出基于先進微流控芯片技術(shù)的一體機系統(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。