国科图产业技术情报——生物芯片与肿瘤分子诊断

1产业技术情报—————————————————————————————————————————————————————————————2015年12月21日第21期（总第52期）编者按：“人类基因组计划”的圆满完成，有力推动了临床医学从宏观层面扩展到微观领域，从细胞水平深入到分子水平，也标志着分子诊断进入了快速发展时期。分子诊断能提供肿瘤分子异常及抗肿瘤药物代谢相关的基因信息，在肿瘤的风险评估、早期诊断、肿瘤分型、肿瘤生物学行为预测、预后、药物筛选、监测等方面可以发挥重要作用。新一代的分子诊断技术以高通量基因测序和生物芯片等为主，本期重点讨论生物芯片在肿瘤分子诊断中的应用。本期重点：生物芯片与肿瘤分子诊断1997年之前肿瘤生物芯片技术领域处于萌芽阶段，这一时期基因芯片技术处于起步阶段，在肿瘤领域的应用技术相对较少，美国是主要的技术来源国1997年之后处于迅速发展阶段，专利数量迅速增长，前期以美国、日本为主要的技术来源国，后期以韩国、加拿大、中国为主要的技术来源国美国的专利申请涉及生物芯片在肿瘤各个领域的应用，中国的专利申请侧重生物芯片制造技术，反应目前美国在肿瘤生物芯片领域的已进入大规模技术应用阶段，而我国则处于技术应用的初级阶段主编：刘细文执行主编：贾苹本期策划：郭文姣陈芳联系地址：北京北四环西路33号中国科学院文献情报中心区域信息服务部·产业情报研究中心邮编：100190电话：[phone]邮件地址：[e-mail]2目录【技术趋势】.................................................................................................31.生物芯片与肿瘤分子诊断概述............................................................31.1肿瘤分子诊断的意义.........................................................................31.2生物芯片与肿瘤分子诊断.................................................................42.肿瘤生物芯片技术专利数量申请趋势................................................73.肿瘤生物芯片专利技术的区域布局....................................................8【核心技术】...............................................................................................101.热点技术布局分析..............................................................................102.核心专利分析......................................................................................12【重点机构】...............................................................................................141.国际重点机构分析..............................................................................142.国内重点机构分析..............................................................................15【重要人物】...............................................................................................161.南方医科大学基因工程研究所郑文岭............................................162.军事医学科学院放射与辐射医学研究所王升启............................173.中国科学院上海微系统研究所赵建龙............................................174.同济大学郜恒骏................................................................................18【产业动态】...............................................................................................18【技术转移】...............................................................................................203【技术趋势】1.生物芯片与肿瘤分子诊断概述1.1肿瘤分子诊断的意义临床对肿瘤的常规诊治多数依靠肿瘤的病理、TNM分期、影像、患者身体状况等检验资料，肿瘤治疗大多采用的是相对标准化的治疗方案。肿瘤全基因组测序显示肿瘤存在高度复杂的基因变异与异质性，标准化肿瘤治疗方案显然未考虑肿瘤的异质性及个体差异对治疗的影响。随着基因组学、表观遗传学、代谢组学、生物信息学的发展，临床对肿瘤的生物学行为有了更深刻的认识，开展分子层面的诊断检测，推动深层次的肿瘤个体化靶向治疗成为可能。“人类基因组计划”的圆满完成，有力推动了临床医学从宏观层面扩展到微观领域，从细胞水平深入到分子水平，也标志着分子诊断进入了快速发展时期。肿瘤通常被认为是基因型疾病，肿瘤细胞存在染色体结构、基因结构、基因表达量、微卫星稳定性、端粒酶活性、表观遗传学等诸多改变，阐明肿瘤细胞的基因结构、蛋白质组、表观遗传学等异常，对肿瘤的诊断、发展、转移预测及预后评估至关重要。肿瘤分子诊断是以DNA、RNA或蛋白质分子等生物物质为诊断材料，对肿瘤细胞的基因缺陷或表达异常作出特异性诊断的方法和过程。分子诊断能提供肿瘤分子异常及抗肿瘤药物代谢相关的基因信息，这些信息不仅有助于肿瘤的诊断、分期与分型，还能预测肿瘤的生物学行为，与传统的影像学、实验室诊断、分子病理学诊断、临床症状资料相结合，有助于临床医生拟定最有益于患者的个性化治疗方案。现阶段分子诊断主要在肿瘤的风险评估、早期诊断、肿瘤分型、肿瘤生物学行为预测、预后、药物筛选、监测等方面发挥作用。据统计，全球体外诊断市场年均复合增长率保持在8%左右，2016年体外诊断市场将达到700亿美元。国内体外诊断行业从2011年后开始迅速发展，2011年市场为150亿元，2013年则达到了208亿元。体外诊断行业中以免疫诊断、临床生化诊断及分子诊断占据主要地位，发达国家的临床生化诊断和免疫诊断市场已接近成熟，分子诊断成为主要的增4长点。目前分子诊断市场还处在起步阶段，但随着基因检测技术的进步，全球分子诊断市场处于快速增长阶段。中国分子诊断市场每年的增速超过了20%，深圳华大、达安基因、北京博奥等企业纷纷加入抢占分子诊断市场的行列1。1.2生物芯片与肿瘤分子诊断分子诊断技术是在细胞分子生物学研究迅速发展的基础上建立的起来的，是指利用分子生物学的理论、技术和方法来研究人体内源性和外源性生物大分子及体系的存在与否、结构、表达情况，为疾病的预防、诊断、监测等提供依据，包括核酸诊断和蛋白质诊断等。分子诊断技术繁多，发展迅速，目前已逐步由实验室进入大规模应用阶段。分子诊断的常用技术可分为以下几种：核酸分子杂交；聚合酶链反应（PCR）；限制性酶切分析；单链构象多态性（SSCP）；基因测序；生物芯片等2。从发展历程上看，分子诊断先后经历了分子杂交技术、常规聚合酶链反应（PCR）等阶段，并发展到了以高通量基因测序和生物芯片为主的第二代分子诊断技术阶段。本报告重点讨论生物芯片在肿瘤分子诊断中的应用，有关大规模基因测序的研究可参见国科图产业技术情报第10期-大规模基因测序与个性化医疗。生物芯片技术又称为微阵列技术，是指通过微加工和微电子技术，在固相载体上储存大量的生物信息，集成成千上万密集排列的分子微阵列，以实现对组织、细胞、核酸、蛋白质及其他生物分子进行高效、准确、高通量检测3。含有大量生物信息的固相基质称为微阵列、生物芯片或基因芯片。根据储存生物信息的类型，可分为寡核苷酸微阵列（DNA芯片）、蛋白质微阵列（蛋白质芯片）、组织微阵列（组织芯片）等类型。（1）DNA芯片DNA芯片是指在大规模集成电路所控制的机器人在尼龙膜或硅片固相支持物表面，有规律地合成成千上万个代表不同基因的寡核苷酸探针，或液相合成探针后由阵列器或机器人点样于固相支持物表面。这些1裘炯华,国际并购缠住分子诊断试剂[N].2周欢,分子诊断在结核病诊治中的应用研究[J].3奚凌云等,第二代分子诊断技术在检验医学中的研究进展[J].5探针可与用放射标记物标记的目的材料中的DNA或cDNA互补核酸序列相结合，对杂交结果进行计算机软件处理分析，获得杂交信号的强度及分布模式图，以此反应目的材料中有关基因表达强弱的表达谱。该技术仍以基因连锁、连锁不平衡、限制性长度多态性、可变串联重复序列及单核苷酸多态性标记等基因定位方法为基础，采用分子杂交等多种技术为手段，进行遗传作图，对不同材料中的多个基因表达模式进行平行对比分析，是一种高产出的基因分析方法4。美国昂飞（Affymetrix）公司较早介绍了高密度寡核苷酸微阵列的制造、检测、软件及应用，随后该公司将照相平版印刷技术、计算机、激光共聚焦扫描、固相表明合成寡核苷酸及核酸分子杂交等结合研制出DNA芯片。（2）蛋白质芯片以蛋白质为研究对象的蛋白质组学结合生物芯片技术理念，迅速发展了以高通量、微型化、自动化和高度并行性为特点的蛋白质组学检测技术——蛋白质芯片技术。蛋白质芯片是将位置及序列已知的大量蛋白、多胎分子、酶等以预先设计的方式固定在玻片等载体上组成密集分子排列，通过探针蛋白特异性地捕获样品中的靶蛋白，利用激光扫描系统或电荷偶联照相系统对标记的信号强度进行检测，或利用表明增强激光解析离子化-飞行时间质谱技术直接检测靶蛋白，从而对其进行定性、定量分析，具有高效、快捷等优点。抗体芯片是蛋白质芯片中的主要类型，也是蛋白质芯片中发展最快的芯片，而且在技术上已日益成熟，逐渐走向工业化的生产阶段5。蛋白芯片技术的研究为疾病诊断治疗、药物筛选、蛋白质组学研究等众多领域带来了巨大发展空间。德国Lueking最早开始了蛋白质芯片研究。美国赛弗吉生物系统（Ciphergen）公司生产的蛋白质芯片建立在表面增强激光解吸/电离飞行时间质谱技术基础上，通过比较分析健康人和前列腺癌患者血清样本的蛋白质表达谱异同，可快速发现潜在的癌标志物。该技术又称为蛋白指4何志巍等,DNA微阵列（或芯片）技术原理及应用[J].5殷正丰等,肿瘤分子诊断临床研究进展[J].6纹图谱技术，或表面增强激光解吸/电离飞行时间质谱技术，集蛋白质芯片、质谱分析技术和生物信息软件于一体，能够根据蛋白质物理和化学特征，利用基于微阵列的亲和表面捕获、保留粗生物样品中成千上万种蛋白质及其多胎。（3）组织芯片组织芯片是用大量组织样本高密度排列而成，组织微阵列与其他类型微阵列技术相似，容纳的信息量大，可一次性获得大量的数据并进行平行分析。应用组织微阵列技术可以对同一组织起源肿瘤的不同类型、不同分化程度、不同发展阶段、不同人种之间进行广泛的比较，结合cDNA微阵列的