中国“芯”读出耳聋遗传密码，博奥生物团队参与研发
2019-01-26 王潇雨 健康报
采集一滴新生儿足跟血，将从中提取的核酸样本经扩增放大后注入一片长7.5厘米、宽2.5厘米的载玻片上，放进普通打印机大小的配套仪器里，就可得知受试者是否携带遗传性耳聋基因。这项中国原创的全球首款遗传性耳聋基因检测芯片系统，使我国320多万名新生儿获益，并已走出国门。其研发团队清华大学、中国人民解放军总医院和博奥生物集团近日获得2018年度国家技术发明奖二等奖。
采集一滴新生儿足跟血，将从中提取的核酸样本经扩增放大后注入一片长7.5厘米、宽2.5厘米的载玻片上，放进普通打印机大小的配套仪器里，就可得知受试者是否携带遗传性耳聋基因。这项中国原创的全球首款遗传性耳聋基因检测芯片系统，使我国320多万名新生儿获益，并已走出国门。其研发团队清华大学、中国人民解放军总医院和博奥生物集团近日获得2018年度国家技术发明奖二等奖。
早期诊聋防聋诞生中国“芯”
听力障碍是我国第二大出生缺陷疾病。我国现有听力残疾人2054万，其中0～6岁儿童超过80万人，且每年新增3万名聋儿。研究表明，约60%的重度耳聋由遗传因素导致；正常人中有4%～5%的耳聋基因携带率，是造成成人后天聋和生育下一代聋儿的主要原因。传统的耳聋筛查和诊断技术操作繁琐、通量低且耗费人力物力。
遗传性耳聋基因诊断芯片系统项目第一完成人、中国工程院院士程京说：“要解决这些问题，先要找到中国人群的致聋基因，然后解决现有检测芯片和设备问题。”
从2003年起，项目合作单位解放军总医院陆续收集到7630例耳聋临床病例和2898例正常个体样本，进行遗传性耳聋高危人群的分子病因学研究，确定了GJB2、SLC26A4、12SrRNA、 GJB3为中国人群主要的遗传性耳聋致病基因及其上9个突变热点。这些基因和位点就是检测需要瞄准的“靶子”。
有了“靶子”就要升级“枪”，“枪”的核心就是芯片。项目组发明了高精度的多重等位基因特异性扩增及通用芯片技术、在扩增引物的适当位置巧妙引入人工错配碱基技术、磁珠分离富集单链DNA技术、利用表面张力精确控制杂交技术，将这四大技术整合在一起，设计出了高精度、高灵敏度、高通量的突变位点检测芯片。
程京说：“芯片灵敏度低就需要采集大量样本，这对于新生儿来说创伤大且不易实现。磁珠分离富集单链DNA技术将芯片检测灵敏度提高了25倍。如此一来，一滴足跟血、一点口腔唾液、头发毛囊就够用。”
围绕芯片核心技术，项目还发明了全自动液体工作站、芯片扫描仪、芯片杂交仪、芯片洗干仪、芯片点样仪5种配套仪器，覆盖了样品制备、杂交反应、杂交后清洗及扫描等过程。“这样一整套仪器及解决方案，适合大规模筛查应用，能够检测先天性耳聋、药物性耳聋、迟发性耳聋的耳聋基因位点。”程京透露，遗传性耳聋基因芯片的检测能力从第一代的4个基因9个位点，扩展到第二代的4个基因15个位点，未来还将研发出覆盖更多基因和位点的芯片产品，为罕见病诊断提供更得力的工具。
320万新生儿筛查耳聋基因
针对新生儿、耳聋遗传高危人群进行筛查，有利于避免药物致聋并降低迟发性耳聋和后代聋儿出生率。程京说，育龄期女性尤其要重视药物性耳聋筛查，因为药物性耳聋基因通过母系遗传，追踪母系成员并发放用药指南，可以给予整个家族保护。此外，检测出的先天性耳聋孩子及早植入人工耳蜗，有助恢复听力，不错过语言发育的关键期。
2009年，博奥生物生产的遗传性耳聋基因检测芯片系统投入市场，在婚育指导、产前筛查、新生儿和高危人群筛查、耳聋病因诊断等领域推广应用。2012年4月，北京市开展新生儿遗传性耳聋基因筛查工作，成为全球首个实现新生儿耳聋基因筛查的城市。一年后，北京市卫生计生委委托卫生经济学专家对北京耳聋基因项目筛查实施情况进行评价。“结果令人振奋。”程京说，“筛查的成本效益比率为1∶7.27，即早期筛查可节约发病后因治疗造成的约7倍损失。”
此后，成都、郑州、福州、太原、南通、东莞、济南、新疆等20多个省（区、市）相继实施新生儿遗传性耳聋基因筛查，并将其纳入政府民心工程。截至2018年年底，全国接受遗传性耳聋基因筛查的新生儿超过320万名，检出总突变率为4.4%，其中药物致聋基因携带者有8400多人，直接避免受检者和家庭成员约8万多人因使用药物不当而致聋。
中国技术迈出国门
遗传性耳聋基因诊断芯片技术已受到国际关注。
2014年，全美第二大医疗中心、美国迈阿密大学医学院向项目研究团队发起请求。程京说，应美国迈阿密大学请求，团队采用自主研发的微流控阵列芯片技术平台，研发出首款用于检测白种人遗传性耳聋的基因检测芯片和配套试剂，该芯片可以同时检测与白种人常见遗传性耳聋相关的5个基因9个位点。目前，芯片已经进入临床试验阶段，成果获得国际同行高度认可。
美国外科学院院士、美国迈阿密大学医学院遗传性耳聋中心主任刘学忠教授在第十届亚太人工耳蜗植入及相关科学大会、2015年华人遗传学大会等国际会议上介绍该成果时指出，“基于分子病因学研究结果研发耳聋芯片并应用于大规模耳聋筛查，为聋病早期诊断和预防提供了新途径”。
2016年年初，遗传性耳聋基因诊断芯片产品获得台湾地区卫生福利部颁发的医疗器械许可证，进入台湾市场。2017年7月，遗传性耳聋基因诊断试剂盒获得泰国国家公共卫生部食品药品监督管理局核发的医疗器械注册证书。
程京说，为进一步提高效率，团队已成功研制出基于先进微流控芯片技术的一体机系统，15分钟～20分钟可自动快速完成杂交、清洗和扫描等操作过程，杂交、清洗时间比以前缩短约4倍。初步实验表明，整个检测过程可以在两个小时内全部完成。
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