分子诊断技术应用进展.ppt
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1、关于分子诊断技术的应用进展第一张,PPT共四十八页,创作于2022年6月主要内容分子诊断概念的演变分子诊断技术的分类基于杂交基础的分子诊断技术及其应用基于扩增基础的分子诊断技术及其应用基于测序基础的分子诊断技术及其应用分子诊断应用前景展望第二张,PPT共四十八页,创作于2022年6月 多聚酶链式反应(PCR:Polymerase Chain Reaction)Polymerase:DNA聚合酶 第三张,PPT共四十八页,创作于2022年6月“链式反应”改变世界核裂变链式反应核裂变链式反应第四张,PPT共四十八页,创作于2022年6月分子诊断概念的变化分子诊断:应用分子生物学方法检测患者体内遗传
2、物质的结构或表达水平的变化而做出诊断的技分子诊断:应用分子生物学方法检测患者体内遗传物质的结构或表达水平的变化而做出诊断的技术,称为分子诊断。分子诊断是预测诊断的主要方法,既可以进行个体遗传病的诊断,也可以进术,称为分子诊断。分子诊断是预测诊断的主要方法,既可以进行个体遗传病的诊断,也可以进行产前诊断。分子诊断的材料包括行产前诊断。分子诊断的材料包括DNADNA、RNARNA和蛋白质。和蛋白质。基因诊断:又称基因诊断:又称DNADNA诊断或分子诊断,通过分子生物学和诊断或分子诊断,通过分子生物学和分子遗传学分子遗传学的技术,直接检的技术,直接检测出分子结构水平和表达水平是否异常,从而对疾病做出
3、判断。测出分子结构水平和表达水平是否异常,从而对疾病做出判断。分子生物学:分子生物学:从分子水平上研究生命现象物质基础的学科。研究细胞成分的物理、化学的性质和从分子水平上研究生命现象物质基础的学科。研究细胞成分的物理、化学的性质和变化以及这些性质和变化与生命现象的关系,如遗传信息的传递,基因的结构、复制、转录、翻变化以及这些性质和变化与生命现象的关系,如遗传信息的传递,基因的结构、复制、转录、翻译、表达调控和表达产物的生理功能,以及细胞信号的转导等。译、表达调控和表达产物的生理功能,以及细胞信号的转导等。第五张,PPT共四十八页,创作于2022年6月分子诊断技术的分类根据目的基因是否被放大分类
4、根据目的基因是否被放大分类可分为杂交法和扩增法根据被测基因的核酸类型分类根据被测基因的核酸类型分类Southern印迹用于检测DNA;Northern印迹用于检测RNA;斑点印迹或称斑点杂交,既可检测DNA也可检测RNA。根据诊断目的或要求根据诊断目的或要求分为定性诊断、定量诊断和半定量诊断,以及序列分析等根据分子之间的作用形式杂交、扩增、测序第六张,PPT共四十八页,创作于2022年6月基于分子杂交为基础的分子诊断技术发展及其应用基于分子杂交为基础的分子诊断技术发展及其应用基于分子杂交为基础的分子诊断技术发展及其应用基于分子杂交为基础的分子诊断技术发展及其应用基于分子杂交的分子诊断技术及其应
5、用两条同源核酸分子(两条同源核酸分子(DNADNA或或RNARNA)可以在碱基互补的原则下形成异质双链是遗传物质)可以在碱基互补的原则下形成异质双链是遗传物质最重要的化学特征,这一过程亦被称为分子杂交(最重要的化学特征,这一过程亦被称为分子杂交(molecular hybridizationmolecular hybridization)。分子杂交)。分子杂交是所有分子生物学技术的基础,从最初的印迹杂交(是所有分子生物学技术的基础,从最初的印迹杂交(southern Blotsouthern Blot和和northern Blotnorthern Blot)到实时)到实时PCRPCR(real
6、 time PCRreal time PCR),从基因芯片再到高通量的),从基因芯片再到高通量的DNADNA测序技术,都离不开碱基互补的分测序技术,都离不开碱基互补的分子杂交反应。而且在理论上可以特异性相互作用的两个不同分子,例如核酸与核酸之间子杂交反应。而且在理论上可以特异性相互作用的两个不同分子,例如核酸与核酸之间(A-GA-G、G-CG-C)、蛋白与蛋白之间(抗原和抗体)甚至核酸和蛋白之间(适体与多肽)的相)、蛋白与蛋白之间(抗原和抗体)甚至核酸和蛋白之间(适体与多肽)的相互作用都可以视为分子杂交的不同表现模式。互作用都可以视为分子杂交的不同表现模式。因此,广义的分子杂交技术是指以核酸、
7、蛋白、糖基以及细胞、代谢物等分子的相互作用所建立因此,广义的分子杂交技术是指以核酸、蛋白、糖基以及细胞、代谢物等分子的相互作用所建立的分析方法。目前临床应用的以分子杂交技术为基础的诊断技术繁多,缺乏统一的分类方法,但的分析方法。目前临床应用的以分子杂交技术为基础的诊断技术繁多,缺乏统一的分类方法,但是可以根据实验方法的差异分为主要的两种类型,一类是通过特异性的标记探针检测检测细胞内是可以根据实验方法的差异分为主要的两种类型,一类是通过特异性的标记探针检测检测细胞内的核酸物质,而另一类是通过探针检测从细胞内提取的核酸、蛋白等物质,前者以原位杂交及其的核酸物质,而另一类是通过探针检测从细胞内提取的
8、核酸、蛋白等物质,前者以原位杂交及其衍生的技术为主,后者以生物芯片及其衍生的技术为主。衍生的技术为主,后者以生物芯片及其衍生的技术为主。第七张,PPT共四十八页,创作于2022年6月荧光原位杂交(FISH)原位杂交应用特异性的探针检测细胞内的核酸需要标记分子显示杂交信号,原位杂交应用特异性的探针检测细胞内的核酸需要标记分子显示杂交信号,1960s1960s年代的检测年代的检测技术是放射性核素标记,但是信号检测程序复杂并且可能存在放射性物质的污染,而荧光物质标技术是放射性核素标记,但是信号检测程序复杂并且可能存在放射性物质的污染,而荧光物质标记可以通过显微镜直接观察实验结果,因此荧光标记的原位杂
9、交技术(记可以通过显微镜直接观察实验结果,因此荧光标记的原位杂交技术(Fluorescent in situ Fluorescent in situ hybridiztionhybridiztion,FISHFISH)一经出现立刻取代了放射性标记的技术,成为应用最广泛的分子杂交技)一经出现立刻取代了放射性标记的技术,成为应用最广泛的分子杂交技术。术。FISHFISH技术通过荧光标记探针,可以可视化的检测人类细胞或组织中特定基因的数量及其定位技术通过荧光标记探针,可以可视化的检测人类细胞或组织中特定基因的数量及其定位,是分子杂交与细胞遗传学技术的结合。,是分子杂交与细胞遗传学技术的结合。IFSH
10、IFSH技术的分析过程分为四个步骤,核酸变性、探针变性、杂交及信号检测。因此,针对探技术的分析过程分为四个步骤,核酸变性、探针变性、杂交及信号检测。因此,针对探针标记、染料开发和图像分析的技术的更新是针标记、染料开发和图像分析的技术的更新是FISHFISH分析技术发展的主要路径。分析技术发展的主要路径。第八张,PPT共四十八页,创作于2022年6月荧光原位杂交衍生技术首先是荧光染料的应用,从最初的单色首先是荧光染料的应用,从最初的单色FITCFITC应用,发展到使用多种荧光染料的多色应用,发展到使用多种荧光染料的多色FISHFISH技技术,既多元荧光原位杂交和光谱核型分析技术,使用五种染料(术
11、,既多元荧光原位杂交和光谱核型分析技术,使用五种染料(Rhodamine,Texas-red,Cy5,Rhodamine,Texas-red,Cy5,FITC,and Cy5.5FITC,and Cy5.5)标记的探针可以在一次试验中定位多种不同的基因以及使用不同的)标记的探针可以在一次试验中定位多种不同的基因以及使用不同的颜色标记显示颜色标记显示2424条不同的染色体。条不同的染色体。其次,在探针方面,染色体臂、着丝粒、端粒特异的探针被先后开发应用,而且应用其次,在探针方面,染色体臂、着丝粒、端粒特异的探针被先后开发应用,而且应用微切割技术切割技术制备亚区域探针(微切割技术切割技术制备亚区域
12、探针(microFISHmicroFISH),使),使FISHFISH的基因定位和分辩率大大提的基因定位和分辩率大大提高高6 6。同时,探针标记对象和标记技术的发展不断衍生出新的同时,探针标记对象和标记技术的发展不断衍生出新的FISHFISH技术,例如比较基因组杂交、技术,例如比较基因组杂交、引物原位标记技术、肽核酸探针原位杂交、物种交叉荧光原位杂交、纤维原位杂交等。引物原位标记技术、肽核酸探针原位杂交、物种交叉荧光原位杂交、纤维原位杂交等。在图像与信号分析方面,应用高分辨率在图像与信号分析方面,应用高分辨率CCDCCD摄像机和计算机自动图像分析系统获得广泛摄像机和计算机自动图像分析系统获得广
13、泛应用,而应用,而SKYSKY结合傅立叶频谱技术,同时计量可见光和近结合傅立叶频谱技术,同时计量可见光和近红外范围内的所红外范围内的所有点的发射频谱有点的发射频谱而一次成像。而一次成像。第九张,PPT共四十八页,创作于2022年6月荧光原位杂交结果JournalofCellScience2003;116(14)第十张,PPT共四十八页,创作于2022年6月FISH的应用在产前诊断方面,在产前诊断方面,FISHFISH主要用于染色体数目异常的诊断,与常规核型分析的一致性可以达到主要用于染色体数目异常的诊断,与常规核型分析的一致性可以达到99.599.5,但结果报告时间只要,但结果报告时间只要24
14、24小时,大大低于核型分析的平均小时,大大低于核型分析的平均2 2周左右的报告时间,周左右的报告时间,FISHFISH在多数的发达国家已经批准为常规产前筛查辅助诊断技术。在多数的发达国家已经批准为常规产前筛查辅助诊断技术。在血液肿瘤的诊断方面,在血液肿瘤的诊断方面,FISHFISH用于染色体异位的融合基因检测、基因缺失检测、微小残用于染色体异位的融合基因检测、基因缺失检测、微小残留病灶监测、骨髓移植监测等。留病灶监测、骨髓移植监测等。在感染性疾病检测方面,在感染性疾病检测方面,FISHFISH检测痰液标本中铜绿假单饱菌、流感嗜血杆菌等常见菌的检测痰液标本中铜绿假单饱菌、流感嗜血杆菌等常见菌的敏
15、感性可以达到敏感性可以达到9090,特异性,特异性1001009 9。对于军团菌、幽门螺旋杆菌和结核杆菌等较难培。对于军团菌、幽门螺旋杆菌和结核杆菌等较难培养鉴定的细菌,养鉴定的细菌,FISHFISH在快速诊断上也显示了很好的应用前景。在快速诊断上也显示了很好的应用前景。在实体肿瘤的应用中,在实体肿瘤的应用中,FISHFISH可以检测任何组织类型的染色质和基因的异常,广泛应用于可以检测任何组织类型的染色质和基因的异常,广泛应用于肺癌、乳腺癌、膀胱癌、宫颈癌等实体肿瘤的肿瘤的辅助诊断,疗效检测、个体化治疗肺癌、乳腺癌、膀胱癌、宫颈癌等实体肿瘤的肿瘤的辅助诊断,疗效检测、个体化治疗和预后判断。和预
16、后判断。FISHFISH用于药物靶向性基因表达状态的检测。在乳腺癌治疗药物曲妥珠单抗用于药物靶向性基因表达状态的检测。在乳腺癌治疗药物曲妥珠单抗(赫赛汀赫赛汀)治疗有效性患者筛选中,治疗有效性患者筛选中,FISHFISH被认为是检测被认为是检测HER2HER2基因表达状态的金标准。基因表达状态的金标准。第十一张,PPT共四十八页,创作于2022年6月生物芯片技术生物芯片(生物芯片(BiochipBiochip)是通过微加工技术和微电子技术将大量特定序列的寡合苷酸片段、抗原/抗体,甚至细胞或组织等生物大分子,按照矩阵方式高密度的固定或直接合成在玻璃、硅片、聚丙烯、磁性微球等固项支持物上,或者整合
17、微流体技术以及微电级、为传感器等制备的类似于电子行业的芯片样产品的检测技术。固化的探针分子与荧光标记的相应样本进行杂交,通过荧光检测系统扫描分析及计算机软件分析,达到高通量分析生物信息的目的。生物芯片技术可以根据功能的不同分为微阵列芯片(MicroarraychipMicroarraychip)、微)、微流控芯片(流控芯片(MicrofluidicsMicrofluidics)和芯片实验室(LAB-on-chip,LOCLAB-on-chip,LOC)。第十二张,PPT共四十八页,创作于2022年6月生物芯片技术微阵列芯片:早期的微阵列芯片(微阵列芯片:早期的微阵列芯片(MicroarrayM
18、icroarray)单指基因芯片()单指基因芯片(genechipgenechip,DNAchipDNAchip),但随着蛋白芯片(proteinchipproteinchip)以及糖类芯片()以及糖类芯片(glycanchipglycanchip)的出现,的出现,MicroarrayMicroarray逐渐被称为微阵列芯片,强调将大量探针有序固化在固相支逐渐被称为微阵列芯片,强调将大量探针有序固化在固相支持物上的检测方法,而根据探针种类的不同可以分为基因芯片、蛋白芯片及糖类持物上的检测方法,而根据探针种类的不同可以分为基因芯片、蛋白芯片及糖类芯片。生物芯片技术可以根据功能的不同分为微阵列芯片
19、(芯片。生物芯片技术可以根据功能的不同分为微阵列芯片(MicroarraychipMicroarraychip)、微流控芯片(MicrofluidicsMicrofluidics)和芯片实验室(LAB-on-chip,LOC)。)。微流控芯片:是在几平方厘米的单晶硅片、石英、玻璃或有机聚合物等材料上微流控芯片:是在几平方厘米的单晶硅片、石英、玻璃或有机聚合物等材料上刻制微通道,实现样本预处理、反应、分离和检测的微型检测平台,可快速高刻制微通道,实现样本预处理、反应、分离和检测的微型检测平台,可快速高效、高通量的完成基因、蛋白及各种小分子分析和鉴定效、高通量的完成基因、蛋白及各种小分子分析和鉴定
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