王晓利 张俊松

    1991年，美国Stephenfodor等提出了DNA芯片的概念，随着人类基因组计划（HumanGenomeProject，HGP）的实施，生物芯片术已成为基因组计划中的一种重要技术手段。生物芯片（biologicalchip或biochip），把生化分析系统中的样品制备、生化反应和结果检测三个部分有机地结合起来连续完成。与传统的检测方法相比，具有高通量、高信息量、快速、微型化、自动化、成本低、污染少、用途广等特点。生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片或肽芯片、细胞芯片、组织芯片、元件型的微阵列芯片（如由微电极、凝胶元件、微陷阱等构成）、通道型微阵列芯片（如由微通道、反应池等构成)、生物传感芯片等。

    目前应用最多的生物芯片形式是以基因序列为分析对象，以DNA杂交技术为基础的基因芯片（genechip），又称为DNA芯片（DNAchip）或微阵列（microarray）。按照芯片上固定的NDA种类不同，基因芯片可分为cDNA和寡核苷酸等芯片。按照用途可分为表达谱芯片、诊断芯片、指纹图谱芯片、测序芯片、毒理芯片等。按照芯片点样制作方法不同可分为原位合成芯片、微矩阵芯片（分喷点和针点）及电定位芯片。

世界上一些大型制药公司将生物芯片技术用于基因多态性、疾病相关性、药物筛选、基因药物开发和合成等领域，都已建立芯片设备、技术，开展药物研究。

1、在药物筛选中的应用

    传统的药物筛选是从研究病理生理的生化途径开始，从生化代谢途径中找出对病变起关键作用的受体或关键的酶(即靶分子)，将受体或酶从动物组织内提取纯化，然后用各种可能的药物去与靶分子作用，筛选出疗效最显著、毒性最小的药物。

    目前对基因与疾病的关系了解甚少，传统的药物研究难以进行。一是很难将药物与靶子联系起来；二是可选择的靶分子数量有限，尤其有些靶分子难以分离或危险性大。如艾滋病病毒（HIV）的蛋白酶，在病毒颗粒中仅存在几分钟，含量极低，若用传统的药物筛选途径来分离此酶，则要求大量培养这种病毒，然后从中分离出致死病原性物质。

    对中药产业来说，药物筛选的困难更加突出。首先中药作用机理目前还无法用现代医学知识来解释，在蛋白质水平和基因表达水平上缺乏可以量化的现代生物学指标。其次中药的组成成分非常复杂，各种成分含量又极少，用传统的整体动物试验和离体器官试验筛选有效成分的工作量非常大，难以得到理想药物。

    生物芯片技术是解决药物筛选难题的一种非常有效的手段。利用基因芯片技术首先可以了解正常组织和疾病组织基因表达谱的差异，并与组织学与生物化学变化联系起来。因为基因表达的增加或降低可能就是病理生理学的原因或结果，引起疾病的多个基因产物可以作为药物作用的靶分子，通过使表达异常的基因恢复正常表达或使异常减轻，可以指导药物筛选。其次，通过分析用药前后机体的不同组织、器官基因表达谱的变化，可以找出靶基因以及受到靶基因调控的基因，并能研究是否影响其他基因的表达而带来毒副作用。如果用mRNA反转录构建cDNA表达文库，再得到肽库制作肽芯片，则可以从众多的药物成分中筛选到有效成分。Jellis在寻找抗HIV的药物时，利用基因芯片技术筛选了654536种硫代磷酸八聚核苷酸，从中确定了对HIV感染有明显阻断作用的抑制剂。

    用基因芯片技术进行药物筛选的基本方法可分为五步：①芯片的制备：根据表达谱数据库选择与疾病相关的基因制备药物筛选芯片；②作用模型的建立：可以构建细胞水平和整体水平的药物作用模型。细胞水平的模型可通过离体细胞培养法培养适当的人体细胞系，整体水平的模型可利用动物进行活体研究，但要注意动物和人类疾病之间的关系；③药物刺激和mRNA提取、标记：对刺激前的细胞和动物活体，分别提取mRNA，并用Cy3（一种荧光染料，发红光）标记，然后将适当剂量的药物加入细胞培养液中，以及用适当剂量的药物喂养动物，不同时间取样（或取动物适当的器官），提取mRNA，并用Cy5（一种荧光染料，发绿光）标记；④芯片杂交：将药物刺激前后的mRNA与药物筛选芯片进行杂交；⑤结果扫描、分析：用表达谱数据库及配套软件分析受药物诱导基因的表达情况，确定药物作用的靶基因和药物的疗效，流程见图1。

    生物芯片技术用于新药的筛选，一是可以发现这种药物影响了哪些基因的表达，找出药物作用的靶基因，分析可能的作用机制，为其确切疗效找到基因调控机制的理论基础。还可分析该药物不希望出现的靶基因，确证是否可能引起毒副作用。二是以某一功能或数种功能调控机制为基础，进一步分析药物中起关键作用的组分，并通过有效组分的再组合，开发出升级换代的新药品。三是选用受影响的功能基因，鉴定和筛选对该药物无效或有副作用的病人，使其具有更强的针对性，为实现个性化治疗提供依据。生物芯片技术用于大规模药物筛选研究，可以省去大量的动物试验，大大缩短筛选时间，降低成本。目前美国很多制药公司已开始了前期工作，建立表达谱数据库，为药物筛选提供各种靶基因和分析手段。【提供服务：生物芯片整体解决方案、兽药残留芯片检测系统；生物芯片扫描仪等仪器；耳聋基因芯片、乙肝病毒耐药检测芯片、抗核抗体检测蛋白质芯片、结核分枝杆菌耐药检测芯片、G+细菌鉴定与耐药检测基因芯片等；食源性致病微生物检测试剂盒、兽药残留芯片检测试剂盒等；HLA基因分型检测方案、血小板基因分型；人类全基因组寡核苷酸微阵列芯片服务、家蚕全基因组寡核苷酸微阵列芯片服务、人肿瘤相关基因寡核苷酸微阵列芯片服务、miRNA微阵列芯片服务、DNA甲基化谱检测寡核苷酸芯片服务等；合作共建研究中心服务、生物芯片实验室建设服务、科研课题研究服务；糖尿病超强化治疗技术应用项目合作。请联系索取详细产品和服务介绍资料：医学与生命科学服务中心暨虫洞（北京）卫生科技有限公司，戴天岩  主任、总经理，手机：13051069337，E-mail:davad311@126.com，msn:davad311@hotmail.com,qq:104974415，虫洞医学与生命科学网http://blog.sina.com.cn/cnyr】