腫瘤的分子機制基因診斷基因治療生物芯片技術腫瘤的分子機制腫瘤腫瘤（tumor）是一種當調節正常細胞生長的控制系統失靈的時候所發生的疾病。腫瘤細胞發展的過程：

正常細胞永生化轉化腫瘤轉移引起腫瘤的原因很多：物理因素化學因素病毒感染

一般化學致癌物都有類似的結構特征：UV-light可以引起單鏈和雙鏈DNA的斷裂，雙鏈的斷裂是很難修復的。Integration(DNAvirus)

MalignanttransformationDNADNAvirusHostcellNeoplasticcellDNA的損傷修復Integration(DNAvirus)

MalignanttransformationDNADNAvirusHostcellNeoplasticcell任何原因引起的細胞癌變都是直接或間接引起宿主細胞基因功能的改變所致，因此，腫瘤是一種基因病。表觀遺傳學DNA甲基化染色體修飾

miRNA與腫瘤有關的兩類基因：癌基因（Oncogene,onc）抑癌基因（Tumorsuppressorgene）癌基因：癌基因（oncogene,onc）是指細胞內控制細胞正常生長的基因(原癌基因)，在異常表達時，這些基因不受體內各種調節因素的影響，可持續表達，或高活性表達，其產物可使細胞持續增殖。

原癌基因:Proto-onc是一種正常的細胞基因，在正常細胞中編碼關鍵性調控蛋白，在細胞增殖和分化中起重要調控作用，當其突變或調控失靈時可引起細胞癌變

原癌基因突變細胞癌基因（Cellularoncogene,c-onc）病毒癌基因（Virusoncogene,v-onc）癌基因分類：細胞癌基因：C-onc實際上是過度活化或持續表達的原癌基因。癌基因應包括結構基因及其調控區兩部分.

例如：erbB基因細胞癌基因的活化：病毒癌基因：V-onc存在于病毒基因組中，編碼的蛋白質不是病毒的結構蛋白，對病毒的繁殖也沒有影響作用，但可使病毒感染的宿主細胞持續增殖。能致癌的病毒稱作腫瘤病毒（TumorVirus）。

1911年PeytonRous發現雞肉瘤病毒（Rousavirus,RSV）具有致癌作用。野生型逆轉錄病毒復制時可將細胞原癌基因攜帶到病毒的基因組中。—以病毒基因組RNA為模板逆轉錄形成DNA；—DNA作為前病毒整合到宿主染色體上；—當病毒復制完成后，整合部分從宿主染色體上解離下來。轉化性逆轉錄病毒：攜帶一個拷貝的細胞序列并取代一部分自身基因細胞癌基因的致癌機理正常產物量的表達量增加產物結構改變增加正常產物量兩種機制:基因調節發生改變基因拷貝數增加基因調節改變B細胞癌c-myc免疫球蛋白重鏈增強子8號染色體14號染色體c-myc大量表達基因拷貝數增加基因拷貝數的增加也能大大增加相應蛋白的表達量人早幼粒白血病細胞株HL60中c-myc基因比相應細胞多20倍乳腺癌細胞中Her2基因(酪氨酸激酶活性的受體)大量擴增

高水平表達Her2的腫瘤細胞可以形成Her2的同源二聚體,這種二聚體在沒有配體結合的情況下能夠發生自身磷酸化,進而啟動下游的信號傳導,引起細胞增殖產物結構發生改變產物大小正常但活性發生改變(突變體)產物大小發生改變產物大小正常但活性發生改變

Mutationofras

hasbeendemonstratedincoloncancer,lungcancer,thyroidcancer,melanoma,leukemiainhuman.突變的Ras蛋白不能水解GTP。Ras蛋白就成為GTPase活性蛋白（GAP）。GAP本身就成為癌蛋白。sis基因是編碼血小板源性生長因子(PDGF)-?鏈的基因,可結合和激活PDGF受體,促進DNA合成.但其突變體半衰期明顯延長,使細胞過度增生,發生癌變.產物大小發生改變

慢性髓細胞白血病

22號染色體與9號染色體易位,前者的bcr基因與后者的ab1基因連在一起,產生異常的融合蛋白,具有較高的酪氨酸激酶活性,可以轉化血液細胞視黃酸α受體/急性早幼粒細胞白血病(APL)

17號染色體的視黃酸α受體基因(RARA)被轉移到15號染色體的PML基因旁,產生PMLRARA融合蛋白.此融合蛋白失去了部分轉錄激活機制,阻止早幼粒細胞的分化.腫瘤病毒的致癌機理RNA病毒提供癌基因不含癌基因,但能引起細胞原癌基因活化DNA病毒癌基因產物結合宿主蛋白并使其失活而發揮作用RNA病毒提供癌基因Rous肉瘤病毒RNA病毒不含癌基因,但能引起細胞原癌基因活化小鼠乳腺腫瘤病毒(MMTV)LTR中含有轉錄增強子序列,通常整合在成纖維細胞生長因子(int)基因附近LTRLTR病毒基因組細胞染色體int成纖維細胞生長因子促進轉錄癌基因產物結合宿主蛋白并使其失活而發揮作用人乳頭瘤病毒(HPV)可引起子宮頸癌DNA病毒HPVE6E7P53RbP53E6E7Rb癌基因產物結合宿主蛋白并使其失活而發揮作用SV40病毒DNA病毒P53RbP53Rb大T抗原大T抗原一些癌基因及其產物：結合抑癌基因產物的蛋白E6,E7,大T抗原抑癌基因：Tumorsuppressorgene也是正常細胞內的正常基因，在細胞增殖中起負調控作用。當其缺失或失活時，可使細胞惡性增生而引起癌變。常見的抑癌基因及其作用：名稱基因產物RB基因：Rb（retinoblastoma）視網膜母細胞瘤隱性基因。Rb蛋白分布于細胞核內，存在有磷酸化和去磷酸化兩種形式，去磷酸化的Rb蛋白為活性形式。具有活性的Rb蛋白與轉錄因子E2F結合,在細胞周期的G1/S交界期阻斷細胞增殖E2F能有效地增加DNA聚合酶ɑ,胸腺嘧啶核苷激酶的轉錄視網膜母細胞瘤RB基因突變使RB蛋白功能異常導致細胞癌變。基因突變或病毒感染都可以抑制RB蛋白與E2F的結合RB基因的致癌機理：P53基因：P53基因是迄今發現與人類腫瘤相關性最高的抑癌基因,位于17號染色體上。P53蛋白分布于細胞核中，以四聚體形式與DNA結合，磷酸化的P53蛋白是活性形式。P53蛋白屬于核轉錄因子。

P53基因含3個結構區：第1-75aa為酸性氨基末端；第76-150aa為富含脯氨酸的非極性區；第276-390aa為堿性多螺旋的羧基末端。P53蛋白可以在DNA復制水平和DNA轉錄水平發揮作用P53蛋白可與受損傷DNA的復制點結合，阻止受傷DNA的復制。抑制細胞分裂，使其停留在細胞周期的G1期,使細胞凋亡。

在復制水平P53抑制細胞生長的機制：在復制水平P53阻止DNA聚合酶與DNA復制起始復合物的結合。P53抑制細胞生長的機制：與協同抑制細胞增殖。P53Rb 在轉錄水平上在誘導細胞凋亡方面P53抑制細胞生長的機制：P53bax激活轉錄mRNABax蛋白是細胞誘導凋亡蛋白P53失活的兩種情況：一個等位基因突變即可導致細胞癌變。基因突變病毒感染HPVE6P53P53E6腫瘤發生發展中多基因協同作用：小結腫瘤是一種基因病。兩類基因的異常與腫瘤發病密切相關：癌基因和抑癌基因。原癌基因正常情況下是促進細胞生長的，當其突變時變成癌基因。抑癌基因對細胞的生長起負調控作用.基因診斷

基因診斷的概念

◆狹義的概念

對疾病或與致病相關的核酸片段（DNA或RNA）的確定及核苷酸序列的測定◆廣義的概念

對疾病或與致病相關的基因（DNA）及其表達產物（mRNA、蛋白質）的確定和序列測定基因診斷的基本原理：通過檢測致病基因（包括內源基因與外源基因）的存在、量的多少、結構變化及表達水平是否正常，以確定被檢查者是否存在基因水平的異常變化，以此作為疾病確診的依據。

基因診斷的特點特異性強以分子雜交技術為基本原理靈敏度高基因探針帶有十分敏感的檢測標記，待測標本微量基因診斷的基本技術方法：1、核酸分子雜交2、PCR3、限制性酶切分析4、單鏈構象多態性分析（SSCP）5、DNA序列測定6、DNA芯片技術染色體上片段的易位和重排基因缺失、倍增和插入的檢測三聯體重復疾病的檢測點突變的檢測基因診斷的疾病類型熒光原位雜交技術FlorescenceIn-SituHybridization,FISH利用熒光標記的DNA探針與待測樣品(組織,細胞或染色體)中的核酸進行原位雜交，并通過熒光顯微鏡對熒光信號進行分析和計數的過程利用FISH技術可準確反映出染色體上片段的易位和重排,比免疫組化靈敏度高,穩定性好染色體上片段的易位和重排FISH的技術流程樣本制備(細胞固定,老化)樣本DNA變性和探針的預備(加熱變性)雜交熒光顯微鏡下觀察乳腺癌的診斷采用福爾馬林固定、石蠟包埋切片特異性和地高辛連接的HER2反義寡聚核苷酸通過針對于地高辛的免疫熒光素標記的抗體用免疫熒光的方法測定熒光原位雜交法（FISH）可以檢測到HER2基因的擴增，陰性（3個拷貝數/細胞核）為正常，陽性（>10個拷貝數/細胞核）為異常

圖12-15熒光原位雜交顯示的著絲粒衛星DNA圖12-19熒光原位雜交顯示的端粒（上）和端粒序列（下）基因缺失、倍增和插入的檢測假肥大肌營養不良(DMD):

位于X染色體上的肌細胞增強蛋白的基因(79個外顯子)突變,其中72%的人是由于基因部分外顯子缺失或倍增,28%的人是由于基因點突變引起.設計一套引物來擴增所有的外顯子正常缺失倍增倍增缺失三聯體重復疾病的檢測亨廷頓舞蹈病(HD)

4號染色體亨廷頓基因中CAG大量重復引起的.正常人最多有35個重復,病人則有36到120個CAG重復通過PCR擴增重復部位基因片段,依據大小判定.脆性X綜合征:X染色體上FMR1基因中CGG過量重復(PCR無法擴增)強直性肌營養不良癥:19號染色體的強直性肌蛋白基因CAG過量重復患者正常6.6Kb2.8kb脆性X綜合征DNA限制酶切圖譜的Southernblot等位基因特異性寡核苷酸探針雜交法

(allelespecificoligonucleotide,ASO)ASO法的基本原理：通過位于寡核苷酸探針中的基因（或序列）特異性堿基與靶序列DNA的堿基配對和嚴格條件下洗膜來達到檢測基因中少數堿基變化（少至單個堿基）的目的寡核苷酸探針與固定在膜上的靶序列DNA之間，只要有一個堿基不互補，寡核苷酸探針就會被洗掉點突變的檢測囊性纖維化基因的11號外顯子的鑒定將基因擴增產物點于尼龍膜上,與正常和突變的ASO探針雜交突變探針正常探針囊性纖維化基因的11號外顯子主要是應用限制酶片段長度多態性（RFLP）為遺傳標志進行家系分析突變造成了序列上的多態性，不少序列多態性發生在限制酶識別位點上，產生了限制酶酶切位點的多態性用該限制酶水解DNA就會產生長度不同的片段，稱為RFLP限制性酶切位點分析EcoRⅠ酶切示意圖5’

AGGAATTCGAATTCGAATTCCG3’

3’TCCTTAAGCTTAAGCTTAAGGC5’

AGG

AATTCG

AATTCG

AATTCCG

TCCTTAA

GCTTAA

GCTTAA

GGC

5’AGGAATTCGAATCCGAATTCCG3’

3’TCCTTAAGCTTAGGCTTAAGGC5’

AGG

AATTCGAATCCG

AATTCCG

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GCTTAGGCTTAA

GCGb

珠蛋白基因突變所造成的RFLP分析(鐮刀狀細胞性貧血癥)突變反應擴增系統(ARMS)設計一條PCR引物使其3’端最后一個堿基正好處于基因序列中的突變位點;再設計一條3’端與突變堿基一致的引物.進行兩次PCR反應,如果存在突變,在第二次PCR中有產物,第一次PCR中無產物.5’ATGCGCCCGATTAGGTTAACGCTTAGCTGCTCA3’正常基因5’ATGCGCCCGATGAGGTTAACGCTTAGCTGCTCA3’突變基因5’ATGCGCCCGATT第一條引物5’ATGCGCCCGATG第二條引物單鏈構象多態性分析（SSCP）原理:

序列不同的DNA單鏈其空間構象也不同,在非變性PAGE電泳上泳動位置亦發生變化,由此可判斷突變是否存在.可檢測基因中單個堿基的突變.對小于300bp的DNA比較敏感.DNA測序分析PCR-SSCP分析法只能判斷基因是否存在突變,但不能檢測何種堿基突變以及突變的具體位置.可先PCR,然后測序基因芯片技術：將大量探針分子（通常每平方厘米點陣密度高于400）固定于支持物上后與標記的樣品分子進行雜交，通過檢測每個探針分子雜交信號的強度，獲取樣品分子的數量和序列信息基因治療

（genetherapy)基因治療概念從分子生物學角度來看:基因治療（genetherapy）可以理解為用正常有功能的基因置換或增補缺陷基因的方法。從廣義疾病治療的角度講:可以認為凡是將新的遺傳物質轉移到某一個體的細胞內，使功能正常的基因或表達量很低及原來不存在的外源基因得到正常表達，賦予患者新的抗病功能，從而達到治療目的。由表達產物發揮治療作用的基因治療方法稱為基因療法（genetherapeutics）。

基因治療的策略（1）基因置換用正常的外源基因替換產生疾病的基因，使致病基因得到永久地更正,是最理想的基因治療方法。（2）基因修正將致病基因的突變堿基序列加以糾正，而基因的其它正常部分予以保留。因為單基因遺傳病在多數情況下是由于基因內部的單個堿基發生突變而引起的，其它核苷酸序列均是正常的，因此只要將突變的單個堿基予以更正就能達到基因治療的目的，而不必將整個基因進行置換。（3）基因修飾將目的基因導入病變細胞或其它細胞，目的基因的表達產物可以補償致病基因的功能，致病基因本身并未得到改變。由于已經發展了許多有效的方法可以將目的基因導入真核細胞，并獲得表達，因而是目前較為成熟的方法。只是由于目的基因不是在原位導入的，所以治療效果有時并不理想。（4）基因抑制導入外源基因去干擾、抑制有害基因的表達，如向腫瘤細胞導入腫瘤抑制基因，以抑制癌基因的表達。（5）基因封閉利用反義技術封閉某些特定基因的表達，以達到抑制有害基因表達的目的。反義技術是以mRNA為靶分子.基因轉移基因轉移的途徑invivo（體內），即活體直接轉移，是將帶有遺傳物質的病毒、脂質體或裸露的DNA直接注射到試驗個體內；exvivo（離體），稱為回體轉移，是將試驗對象的細胞取出，在體外培養并插入基因后，將這些經過遺傳修飾的細胞重新輸回到試驗個體體內。exvivo方法比較經典、安全、效果容易控制，但缺點是步驟多，技術復雜，難度大，不容易推廣；invivo方法操作簡便，容易推廣，缺點是方法尚未成熟，存在療效短、免疫排斥和安全性等問題，但它是基因轉移的方向，只有invivo基因轉移方法成熟了，基因治療才能真正走向臨床。基因轉移基因轉移的方法物理方法化學方法生物學方法物理方法裸露DNA的直接注射DNA顆粒轟擊

Agracetus公司開發出一種粒子加速裝置，它可以使攜帶有外源DNA的金顆粒打入到機體的一定部位以產生治療作用。電脈沖介導法顯微注射法化學方法包括DNA磷酸鈣共沉淀法、脂質體包埋法、DEAE-葡聚糖法和多聚季胺鹽法等。其中以脂質體介導的基因轉移方法應用較多。物理方法和化學方法轉移的外源基因的表達是暫時的，因為這些基因不容易整合到宿主細胞的基因組中，容易被細胞內的DNA酶降解，并將其排出體外。但是這些方法不存在野生型病毒的污染問題，也不會誘導免疫反應，理論上比病毒介導的基因轉移方法安全。Liposome生物學方法主要指病毒介導的基因轉移，包括RNA病毒和DNA病毒兩類。逆轉錄病毒(RV)、腺病毒(AV)、腺病毒相關病毒(AAV)、單純皰疹病毒(HSV)、禽類病毒(PoV)、痘苗病毒(VV)和細小病毒(PaV)等。逆轉錄病毒載體優點:

逆轉錄病毒載體能將外源基因穩定地插入靶細胞的染色體中，進行復制和轉錄，因此轉基因效果比較穩定、表達持續時間較長。逆轉錄病毒可感染的細胞范圍廣、感染效率較高；缺點:

由于逆轉錄病毒載體可能產生具有復制能力的逆轉錄病毒，而且由于逆轉錄病毒載體在染色體上的隨機整合，有可能造成插入突變、干擾和影響細胞中某些正常基因的復制和轉錄，甚至激活一些癌基因的表達，產生嚴重的后果，因而在安全性方面具有潛在的危險。

CapacitytocarrytherapeuticgenesissmallInfectivitylimitedtodividingcells腺病毒載體優點:腺病毒載體有較大的宿主范圍可以感染非分裂期細胞由于其感染細胞時不整合到宿主染色體，潛在的致癌危險性小；

EfficiencyoftransductionishighHighlevelgeneexpression缺點:腺病毒和痘苗病毒載體由于表達時間有限，所以很難用于需要長期穩定表達的一些基因治療項目，如遺傳病的基因治療等。單純皰疹病毒載體單純皰疹病毒具有嗜神經性，可用作中樞神經系統靶向的良好載體不整合入宿主基因組，不會引起被感染細胞出現插入突變的可能性可以在細胞內長期存在，有可能獲得穩定的表達基因治療疾病的種類遺傳病的基因治療

腫瘤的基因治療常見遺傳病的基因治療腺苷脫氨酶（ADA）基因缺陷病:ADA缺乏者有反復受感染的危險，并且極容易較早患上癌癥首次實際應用始于1990年9月，美國一名患腺苷脫氨酶（ADA）基因缺陷病的4歲女孩進行了人類歷史上首次基因治療獲得成功，它標志著基因治療臨床應用階段的開始。將ADA轉入自身T細胞,5年后仍10%造血細胞ADA陽性只需小劑量服用ADA蛋白,其它體征正常14歲時仍然健康一年之后，又在一名9歲的兒童身上進行了臨床試驗。均取得了較好的治療效果。血友病血友病是一種常見的遺傳性出血性疾病，它是由于血液中缺乏某種凝血因子而導致患者的凝血功能出現障礙。根據患者所缺乏的凝血因子的種類不同，可以將常見的血友病分為血友病A、血友病B和血友病C三類。其中血友病A缺乏凝血因子Ⅷ，血友病B缺乏凝血因子Ⅸ，血友病C缺乏凝血因子Ⅺ。血友病的共同特點是機體在受到輕微損傷時，就會出現出血不止的傾向。傳統的治療方法是患者輸入凝血因子的血制品.細胞經培養篩選培養上清凝血因子Ⅸ的測定細胞連續傳代形態學觀察、染色體分析、內毒素過敏試驗、裸鼠接種試驗、常規病理學檢查和輔助病毒的PCR檢測攜帶有人凝血因子ⅨcDNA的逆轉錄病毒載體患者自身的皮膚成纖維細胞

感染未發現致畸和致癌現象從1987年起，復旦大學遺傳所就以血友病B為基因治療的研究對象。1991年11月對2例血友病B患者進行了世界上首次血友病B基因治療的臨床Ⅰ期試驗目前，共有4名血友病B患者接受了基因治療。結果:

患者經治療后體內凝血因子Ⅸ濃度上升，出血癥狀不同程度減輕，2位患者療效較顯著，其中1位治療后年內沒有出現自發出血現象。4位治療后均未出現與基因治療有關的毒副反應。問題:

凝血因子Ⅸ的水平只能達到正常值的5%，只能使血友病患者從中型轉變為輕型，還不能從根本上使血友病患者消除癥狀下一步工作:選擇更好的表達載體和靶細胞以便獲得凝血因子Ⅸ在體內的長期高效表達，以及建立更為簡便有效的基因轉移和細胞移植途徑等問題都還有待于進一步研究。家族性高膽固醇血癥：家族性高膽固醇血癥是由于低密度脂蛋白受體缺陷而導致血中膽固醇水平過高，患者多死于冠心病。通過基因治療可以表達更多的低密度脂蛋白受體，以便降低血液中膽固醇的水平。1992年6月Ｗillson等利用低密度脂蛋白受體cDNA構建的逆轉錄病毒載體，感染體外培養的肝細胞，并將受感染的肝細胞輸回體內，經治療后，患者血清中的膽固醇下降20%-40%，取得了明顯的治療效果。問題:上述受感染的肝細胞輸回體內后，轉染的基因可能只是有效地糾正了肝臟某處的3%-4%的肝細胞，如果能糾正5%的肝細胞，就可以使患者的癥狀得到明顯改善；如果能使被糾正的肝細胞超過15%，患者就能正常生活。為克服上述基因治療的缺點，用腺病毒代替逆轉錄病毒可能更有效。有關這方面的研究正在進行動物實驗。腫瘤的基因治療細胞因子導入療法編碼細胞因子的基因導入細胞(腫瘤浸潤淋巴細胞或腫瘤細胞本身)，使其在腫瘤浸潤部位合成細胞因子或在局部腫瘤中穩定、持續的表達，通過增強腫瘤微環境中抗癌免疫達到治療腫瘤的目的。常用的細胞因子白細胞介素Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ，干擾素－α，腫瘤壞死因子（TNF）和粒細胞－巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)等。腫瘤抑制基因療法腫瘤抑制基因的失活與腫瘤的發生密切相關。將正常的腫瘤抑制基因導入腫瘤細胞可以替代或補償有缺陷的基因，從而達到抑制腫瘤的生長或逆轉其表型的目的。如p53基因就是人類腫瘤發生過程中最常發生變化的腫瘤抑制基因之一。缺點是必須處理100%的轉化細胞才能達到治愈癌癥的目的.“自殺”基因療法自殺基因所編碼的蛋白產物能夠使無毒性的化療藥物的前體在細胞內轉換為強毒性藥物，導致腫瘤細胞“自殺”而死亡，達到選擇性地殺傷腫瘤的目的。正常組織由于未轉染該基因，不能表達該“自殺基因”的產物，因而不能激活前體藥物，避免了組織的損傷。GCVGCV-TP有毒性GCV-MPGCVHSVtk細胞內激酶丙氧鳥苷:GCV單純皰疹病毒胸苷激酶:HSVtk載基因納米粒注射劑Tumor-TargetedGeneTherapyVectorRexin-G抗腫瘤藥伊佩尤斯生物技術(EpeiusBiotechnologies)2007年12月13日（菲律賓）本品是全世界范圍內首個獲準上市的載基因納米粒藥品（2003年美國FDA批準其為治療胰腺癌的罕用藥物），是對人體實際有效的靶向基因釋藥系統。每一Rexin-G納米粒僅100nm大小，盡管其外形小，但內部結構十分復雜。包裹外層、基質、殼體、多種酶和基因物質等成分組成的納米粒，可釋放致命的殺傷部件。此殺傷部件是專門殺滅腫瘤的基因，可選擇性殺死癌細胞并阻斷其相關的血供而不損傷正常細胞和健康組織。以納米粒釋放致命部件是“趨病理”的，即它特異地靶向疾病組織。趨病理靶向讓Rexin-G尋找出和摧毀不管在人體任何部位的腫瘤，因而減少腫瘤對人體的危害，延長存活期并改善患者的生活質量。

DNA疫苗以基因治療為基礎的疫苗已經進入臨床試驗的有瘧疾,乙肝,AIDS的DNA疫苗目前，腫瘤的基因治療主要選擇惡性程度高、其它方法難以治療的腫瘤作為研究對象，如惡性腦膠質瘤、黑色素瘤、腎母細胞瘤、肝癌、肺癌、胃癌和白血病等大多數研究還只是處在臨床或即將進入臨床試驗階段許多問題還有待于進一步的研究，這其中既有研究和應用的技術問題，也有大量的安全性問題基因治療的問題：1、發現切實有效的治療基因；2、外源基因表達的調控；3、構建高效、靶向性基因轉移系統；生物芯片技術何為生物芯片?生物芯片主要指通過平面微細加工技術在固體芯片表面構建的微流體分析單元和系統，以實現對細胞、蛋白質、核酸以及其他生物組分的準確、快速、大信息量的檢測。他是繼大規模集成電路之后的又一次具有深遠意義的科學技術革命。生物芯片技術原理生物芯片分類基因芯片(Genechip)生物芯片主要指基因芯片。基因芯片又稱DNA芯片（DNAChip）。它是在基因探針的基礎上研制出的，所謂基因探針只是一段人工合成的堿基序列，根據堿基互補的原理，利用基因探針到基因混合物中識別特定基因。它將大量探針分子固定于支持物上，然后與標記的樣品進行雜交，通過檢測雜交信號的強度及分布來進行分析。

基因芯片是生物芯片研究中，最先實現商品化的產品。蛋白質芯片與基因芯片的基本原理相同，但它利用的不是堿基配對而是抗體與抗原結合的特異性即免疫反應來檢測。蛋白質芯片構建的簡化模型為：選擇一種固相載體能夠牢固地結合蛋白質分子（抗原或抗體），這樣形成蛋白質的微陣列，即蛋白質芯片。如果加入與之特異性反應的帶有特殊標記的蛋白質分子（抗體或抗原），兩者結合后，通過對標記物的檢測來實現抗原抗體的互檢，即蛋白質的檢測。此種方法構建的模型所需蛋白質的量極少，反應相對較快，蛋白質芯片穩定性較好，靈敏度較高，在臨床檢測方面大有發展。芯片實驗室為高度集成化的集樣品制備、基因擴增、核酸標記及檢測為一體的便攜式生物分析系統，它最終的目的是實現生化分析全過程全部集成在一片芯片上完成，從而使現有的許多煩瑣、費時、不連續、不精確和難以重復的生物分析過程自動化、連續化和微縮化，屬未來生物芯片的發展方向。基因芯片制作方法原位合成法

(InSituSynthesis)以Affymetrix公司開發的光引導聚合法為代表光引導聚合技術是照相平板印刷技術（photolithography）與傳統的核酸、多肽固相合成技術相結合的產物。其主要特征是：①可在芯片上根據已知序列原位合成，省去了麻煩的樣品處理過程；②使用合成試劑將芯片之間的差異減少到最小；③能得到高密度的陣列。

原位合成

(InSituSynthesis)合成點樣法合成工作用傳統的DNA或多肽固相合成儀完成，只是合成后用特殊的自動化微量點樣裝置將其以比較高的密度涂布于硝酸纖維膜、尼龍膜或玻片上。優點：保持樣品原型，操作迅速，成本低廉，用途廣泛。缺點：樣品必須預先合成，需要一系列的純化及儲存等后續過程；密度達不到類似照相平板印刷術的水平。現在已有比較成型的點樣裝置出售，如美國Biodot公司的點膜產品以及CartesianTechnologies公司的PixSysNQ/PA系列產品。

生物芯片的應用基因表達譜研究

基因疹斷

藥物篩選

個體化醫療

測序

生物信息學研究基因表達譜研究理論上，有10000個基因的人類基因組可在一張芯片上、一次雜交反應中觀察到其在目的細胞的實際表達狀態，包括表達與否，表達豐度，而且兩種相關細胞的實驗可在同一張片子上同時做出來，便于最小實驗誤差情況下比較二者細微差異（雙色熒光檢測）。這樣將具體的分