分子生物學技術在醫學檢驗中的有效應用

夏曉培，趙靜

（許昌職業技術學院，河南許昌 461000）

分子生物學即以核酸、蛋白質等作為研究對象的一門學科。1953年由沃森（Watson）與克里克（Crick）提出DNA雙螺旋結構模型，而在該時期分子生物學技術（MMBT）正式進入公眾視野，開始受到關注，這使得一直都無突破性發展的傳統生物學有了新的希望，也正式邁進分子生物學時代，拓寬了遺傳研究領域，促其逐漸延伸至分子層次，這為認識生命遺傳信息供給了更多可能性，也推動了血液學、微生物學、細胞學與生物化學等其他學科的發展。總體來講，現代分子生物學技術的應用利于現代醫學（如分子遺傳學、基因克隆技術與細胞生物學等）的發展，在醫學領域中的重視度逐漸提升，二者相輔相成，彼此促進。本文闡述了分子生物學技術在醫學檢驗中的應用。

1 PCR技術在醫學檢驗中的應用

聚合酶鏈式反應（PCR）又稱多聚酶鏈反應或無細胞克隆技術，是一種于生物體細胞外經酶促合成特異DNA或DNA片段的技術[1]。PCR技術是由高溫變性、低溫退火與適溫延伸三大環節多次循環構成，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。現今，全球依靠PCR技術進行感染性疾病診斷的人數達到幾千萬。1995年、1998年里美國臨床檢驗標準委員會與國際臨床化學學會前后頒布了關于分子擴增應用于臨床診斷的質量評估文件等準則，充分凸顯了PCR技術在醫學檢驗領域的受重視程度。

現如今，PCR在免疫學、微生物學、食品檢測、腫瘤學、遺傳學等多領域均得到了應用，而在醫學檢驗中的應用不但可使樣品檢測的可靠性與準確性得到保證，還可達到節省人力、物力與財力的目的，社會與經濟效益較高，值得推廣應用[2]。傳統培養檢測、免疫測定技術存在諸多不足，隨著PCR技術的進步與完善，現已發展至實時熒光定量PCR技術、實時定量PCR技術、連接酶鏈反應（LCR）等，這些新技術靈敏度更高、特異性更強，將在醫學檢驗領域發揮更大作用。

2 分子生物遺傳器在醫學檢驗中的應用

分子生物傳感器是把傳感技術和分子生物診斷技術彼此結合的一門新技術。分子生物傳感器即借助一定的生物或化學的固定技術，把生物識別元件（細胞、酶、微生物、蛋白、抗原等）固定于換能器，在待測物和生物識別元件出現特異性反應后，經換能器把出現的反應結果轉化成能輸出、檢測的電信號與光信號等，進而對待測物質作定量與定性分析，實現快捷準確檢測。分子生物傳感器被應用于檢測小分子有機物、核酸、體液內微量蛋白等各類物質[3]。如某學者將某受檢者體液抽出作為標本[4]，對標本微量蛋白或小分子有機物質展開研究，該學者把這些標本和分子生物傳感器接觸，標本展現出的特異性與其他物質存在差異，這些均可為臨床病情診斷與評估提供依據。

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

3 分子生物芯片技術在醫學檢驗中的應用

生物芯片技術是集化學、微電子學、計算機科學、生物學等多學科為一體的高度交叉的新技術，有一定的研究價值，產業化發展前景可觀。現今，生物芯片技術通過十多年發展研究已日趨完善，自動化程度高、操作簡單方便，為“后基因組計劃”時期基因功能研究與現代一些科學與醫學診斷學發展供給了有力工具[5]。在人類基因組計劃（HCP）完成之際，蛋白質計劃也成功啟動，蛋白序列、基因序列數據與功能數據增長速度非常快，傳統生物技術的應用已和這種數據倍增的現狀不匹配，生命科學的研究對生物技術的要求更高，在這一背景下生物芯片技術應運而生。生物芯片概念界定出自計算機芯片卻和計算機芯片存在差異，從狹義視角來對生物芯片進行闡述即微陣列芯片，具體涉及蛋白質微陣列、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）表層且以點陣形式固定的一系列可尋址的識別分子，點陣里所有點均可看成一個傳感器的探頭。芯片表層固定的分子于某方面來講和被檢測物發生反應，結果借助酶標法、化學熒光法得到顯示，后用掃描儀等儀器記錄，再依靠專業計算機軟件展開分析[6]。從廣義視角來對生物芯片進行闡述即對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，在科學研究、臨床診斷與流行病學篩查中均發揮了作用，生物芯片的出現還為人類供給了高效率、高通量腫瘤學研究方法。生物芯片技術在臨床醫學檢驗領域中進行細菌/病毒、遺傳性疾病、自身免疫性疾病的免疫標志物的檢測以及腫瘤免疫標志物的單一檢測與聯檢等，應用前景可觀。

相較于歐洲發達國家，分子生物芯片技術在我國的應用時間不長。由《2017—2022年中國生物芯片市場評估及投資前景預測報告》數據結果得知，2008—2015年間我國生物芯片技術市場規模呈現出持續擴大的趨勢（見圖1）。而生物芯片最早是源于DNA雜交探針技術和半導體工業技術的結合，故而也被稱為蛋白芯片或基因芯片[7]。分子生物芯片技術的應用主要結合分子間特異性彼此作用的原理，把多領域不連續的分析過程，特別是生命科學不連續分析過程依靠硅芯片或玻璃芯片表層的微型生物化學分析系統來實現基因、細胞與蛋白質等組分信息的準確獲得，為臨床診斷和治療提供信息。現今，分子生物芯片技術的發展讓人類對疾病的認知程度更高，這也屬于傳統醫學不能跟上現代高端醫學檢驗步調的表現，更加證明了分子生物芯片技術的應用價值，不過也需結合時代變化與技術改革方向進行更替換代，唯有如此方可使分子生物芯片技術更加完善，在醫學檢驗領域長期發揮作用。

圖1 2008年-2015年中國生物芯片行業市場規模統計（億元）

4 分子生物納米技術在醫學檢驗中的應用

分子生物納米技術是現今國內外生物技術領域研究的熱點課題，在臨床醫學與衛生領域極具應用價值，雖現今各個生命科學領域檢測技術已較成熟，但并非所有檢測方法的結果均準確無誤，而哪種檢測技術的準確度更高，那么該技術的應用價值就更大，這屬于分子生物納米技術的獨特優勢。對分子生物納米技術來講，具體涉及納米電子學、納米材料、納米藥物學、納米動力學[8]。現今分子生物納米技術能夠依靠自組裝法達到于細胞中置放符合要求的零件或組件實現新材料構建的目的，這推動了現代醫學發展之際，對現代醫學檢驗的研究而言也屬于一項新突破。

5 分子蛋白組學在醫學檢驗中的應用

蛋白組學是基因組學后的另一組學，呈現出快速發展態勢，它可對蛋白層面表達情況給予全面考察，從而獲得各類因子、蛋白等多方面的信息，并對相關機制展開全面研究。現今醫療工作的開展中醫療觀念已逐漸由傳統被動治療過渡至主動預防與診治，尤其是個體化醫學的產生與漸入主流，生物標志物研究與開發備受關注，成為臨床與制造領域中的研究熱點。人類基因組與無數病原體測序均為蛋白組學研究奠定了基礎，為蛋白組學的開發與研究供給基因序列編碼框架，提高了學者們致力于應用蛋白組學進行疾病研究的進程，發現新的早期診斷與監測的生物標志物等領域的研究熱情[9]。雖癌基因的發現與臨床應用在分子水平上理解疾病的發生發展中取得了極大進步，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，分子蛋白組學在發展腫瘤早期檢測、新生物標志發現與研究中的應用價值更高，可達到指導疾病治療的作用。

在后續研究中，蛋白組學技術若能配合其他先進技術，提高敏感度，降低樣品檢測要求，必將在疾病診斷與治療中得到更大程度的應用。

6 存在問題和發展前景

分子生物學技術作為醫學檢驗中的診療手段之一，仍存在技術繁雜、儀器要求高、藥品與反應盒貴等問題，影響其在臨床的推廣應用。具體表現為:（1）檢驗項目的不合理選擇。分子生物學方法靈敏性與特異性均較強，但臨床卻未結合實際進行經濟合理檢驗項目選擇；（2）疾病診斷對檢驗結果過于依賴。臨床在疾病診斷中需結合臨床資料展開綜合分析，不可過于看重分子生物學技術檢測結果，而將標本取樣與檢驗期間不規范操作等因素引起的假陰性與假陽性進行忽略，最終因診斷錯誤而錯過最佳治療期。

故而在今后研究中需對以上問題引起重視，注重實驗投入的控制，進行操作流程簡化，盡力實現實驗過程全自動化目標，避免因人為因素而使檢驗結果準確度受影響，通過對各項先進分子生物學技術的改進與完善，促檢驗敏感性與特異性提高，為臨床疾病治療供給參考依據。