癌基因与诊断治疗

肿瘤的分子机制基因诊断基因治疗生物芯片技术肿瘤的分子机制肿瘤肿瘤（tumor）是一种当调节正常细胞生长的控制系统失灵的时候所发生的疾病。肿瘤细胞发展的过程：

正常细胞永生化转化肿瘤转移引起肿瘤的原因很多：物理因素化学因素病毒感染

一般化学致癌物都有类似的结构特征：UV-light可以引起单链和双链DNA的断裂，双链的断裂是很难修复的。Integration(DNAvirus)

MalignanttransformationDNADNAvirusHostcellNeoplasticcellDNA的损伤修复Integration(DNAvirus)

MalignanttransformationDNADNAvirusHostcellNeoplasticcell任何原因引起的细胞癌变都是直接或间接引起宿主细胞基因功能的改变所致，因此，肿瘤是一种基因病。表观遗传学DNA甲基化染色体修饰

miRNA与肿瘤有关的两类基因：癌基因（Oncogene,onc）抑癌基因（Tumorsuppressorgene）癌基因：癌基因（oncogene,onc）是指细胞内控制细胞正常生长的基因(原癌基因)，在异常表达时，这些基因不受体内各种调节因素的影响，可持续表达，或高活性表达，其产物可使细胞持续增殖。

原癌基因:Proto-onc是一种正常的细胞基因，在正常细胞中编码关键性调控蛋白，在细胞增殖和分化中起重要调控作用，当其突变或调控失灵时可引起细胞癌变

原癌基因突变细胞癌基因（Cellularoncogene,c-onc）病毒癌基因（Virusoncogene,v-onc）癌基因分类：细胞癌基因：C-onc实际上是过度活化或持续表达的原癌基因。癌基因应包括结构基因及其调控区两部分.

例如：erbB基因细胞癌基因的活化：病毒癌基因：V-onc存在于病毒基因组中，编码的蛋白质不是病毒的结构蛋白，对病毒的繁殖也没有影响作用，但可使病毒感染的宿主细胞持续增殖。能致癌的病毒称作肿瘤病毒（TumorVirus）。

1911年PeytonRous发现鸡肉瘤病毒（Rousavirus,RSV）具有致癌作用。野生型逆转录病毒复制时可将细胞原癌基因携带到病毒的基因组中。—以病毒基因组RNA为模板逆转录形成DNA；—DNA作为前病毒整合到宿主染色体上；—当病毒复制完成后，整合部分从宿主染色体上解离下来。转化性逆转录病毒：携带一个拷贝的细胞序列并取代一部分自身基因细胞癌基因的致癌机理正常产物量的表达量增加产物结构改变增加正常产物量两种机制:基因调节发生改变基因拷贝数增加基因调节改变B细胞癌c-myc免疫球蛋白重链增强子8号染色体14号染色体c-myc大量表达基因拷贝数增加基因拷贝数的增加也能大大增加相应蛋白的表达量人早幼粒白血病细胞株HL60中c-myc基因比相应细胞多20倍乳腺癌细胞中Her2基因(酪氨酸激酶活性的受体)大量扩增

高水平表达Her2的肿瘤细胞可以形成Her2的同源二聚体,这种二聚体在没有配体结合的情况下能够发生自身磷酸化,进而启动下游的信号传导,引起细胞增殖产物结构发生改变产物大小正常但活性发生改变(突变体)产物大小发生改变产物大小正常但活性发生改变

Mutationofras

hasbeendemonstratedincoloncancer,lungcancer,thyroidcancer,melanoma,leukemiainhuman.突变的Ras蛋白不能水解GTP。Ras蛋白就成为GTPase活性蛋白（GAP）。GAP本身就成为癌蛋白。sis基因是编码血小板源性生长因子(PDGF)-ß链的基因,可结合和激活PDGF受体,促进DNA合成.但其突变体半衰期明显延长,使细胞过度增生,发生癌变.产物大小发生改变

慢性髓细胞白血病

22号染色体与9号染色体易位,前者的bcr基因与后者的ab1基因连在一起,产生异常的融合蛋白,具有较高的酪氨酸激酶活性,可以转化血液细胞视黄酸α受体/急性早幼粒细胞白血病(APL)

17号染色体的视黄酸α受体基因(RARA)被转移到15号染色体的PML基因旁,产生PMLRARA融合蛋白.此融合蛋白失去了部分转录激活机制,阻止早幼粒细胞的分化.肿瘤病毒的致癌机理RNA病毒提供癌基因不含癌基因,但能引起细胞原癌基因活化DNA病毒癌基因产物结合宿主蛋白并使其失活而发挥作用RNA病毒提供癌基因Rous肉瘤病毒RNA病毒不含癌基因,但能引起细胞原癌基因活化小鼠乳腺肿瘤病毒(MMTV)LTR中含有转录增强子序列,通常整合在成纤维细胞生长因子(int)基因附近LTRLTR病毒基因组细胞染色体int成纤维细胞生长因子促进转录癌基因产物结合宿主蛋白并使其失活而发挥作用人乳头瘤病毒(HPV)可引起子宫颈癌DNA病毒HPVE6E7P53RbP53E6E7Rb癌基因产物结合宿主蛋白并使其失活而发挥作用SV40病毒DNA病毒P53RbP53Rb大T抗原大T抗原一些癌基因及其产物：结合抑癌基因产物的蛋白E6,E7,大T抗原抑癌基因：Tumorsuppressorgene也是正常细胞内的正常基因，在细胞增殖中起负调控作用。当其缺失或失活时，可使细胞恶性增生而引起癌变。常见的抑癌基因及其作用：名称基因产物RB基因：Rb（retinoblastoma）视网膜母细胞瘤隐性基因。Rb蛋白分布于细胞核内，存在有磷酸化和去磷酸化两种形式，去磷酸化的Rb蛋白为活性形式。具有活性的Rb蛋白与转录因子E2F结合,在细胞周期的G1/S交界期阻断细胞增殖E2F能有效地增加DNA聚合酶ɑ,胸腺嘧啶核苷激酶的转录视网膜母细胞瘤RB基因突变使RB蛋白功能异常导致细胞癌变。基因突变或病毒感染都可以抑制RB蛋白与E2F的结合RB基因的致癌机理：P53基因：P53基因是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的抑癌基因,位于17号染色体上。P53蛋白分布于细胞核中，以四聚体形式与DNA结合，磷酸化的P53蛋白是活性形式。P53蛋白属于核转录因子。

P53基因含3个结构区：第1-75aa为酸性氨基末端；第76-150aa为富含脯氨酸的非极性区；第276-390aa为碱性多螺旋的羧基末端。P53蛋白可以在DNA复制水平和DNA转录水平发挥作用P53蛋白可与受损伤DNA的复制点结合，阻止受伤DNA的复制。抑制细胞分裂，使其停留在细胞周期的G1期,使细胞凋亡。

在复制水平P53抑制细胞生长的机制：在复制水平P53阻止DNA聚合酶与DNA复制起始复合物的结合。P53抑制细胞生长的机制：与协同抑制细胞增殖。P53Rb 在转录水平上在诱导细胞凋亡方面P53抑制细胞生长的机制：P53bax激活转录mRNABax蛋白是细胞诱导凋亡蛋白P53失活的两种情况：一个等位基因突变即可导致细胞癌变。基因突变病毒感染HPVE6P53P53E6肿瘤发生发展中多基因协同作用：小结肿瘤是一种基因病。两类基因的异常与肿瘤发病密切相关：癌基因和抑癌基因。原癌基因正常情况下是促进细胞生长的，当其突变时变成癌基因。抑癌基因对细胞的生长起负调控作用.基因诊断

基因诊断的概念

◆狭义的概念

对疾病或与致病相关的核酸片段（DNA或RNA）的确定及核苷酸序列的测定◆广义的概念

对疾病或与致病相关的基因（DNA）及其表达产物（mRNA、蛋白质）的确定和序列测定基因诊断的基本原理：通过检测致病基因（包括内源基因与外源基因）的存在、量的多少、结构变化及表达水平是否正常，以确定被检查者是否存在基因水平的异常变化，以此作为疾病确诊的依据。

基因诊断的特点特异性强以分子杂交技术为基本原理灵敏度高基因探针带有十分敏感的检测标记，待测标本微量基因诊断的基本技术方法：1、核酸分子杂交2、PCR3、限制性酶切分析4、单链构象多态性分析（SSCP）5、DNA序列测定6、DNA芯片技术染色体上片段的易位和重排基因缺失、倍增和插入的检测三联体重复疾病的检测点突变的检测基因诊断的疾病类型荧光原位杂交技术FlorescenceIn-SituHybridization,FISH利用荧光标记的DNA探针与待测样品(组织,细胞或染色体)中的核酸进行原位杂交，并通过荧光显微镜对荧光信号进行分析和计数的过程利用FISH技术可准确反映出染色体上片段的易位和重排,比免疫组化灵敏度高,稳定性好染色体上片段的易位和重排FISH的技术流程样本制备(细胞固定,老化)样本DNA变性和探针的预备(加热变性)杂交荧光显微镜下观察乳腺癌的诊断采用福尔马林固定、石蜡包埋切片特异性和地高辛连接的HER2反义寡聚核苷酸通过针对于地高辛的免疫荧光素标记的抗体用免疫荧光的方法测定荧光原位杂交法（FISH）可以检测到HER2基因的扩增，阴性（3个拷贝数/细胞核）为正常，阳性（>10个拷贝数/细胞核）为异常

图12-15荧光原位杂交显示的着丝粒卫星DNA图12-19荧光原位杂交显示的端粒（上）和端粒序列（下）基因缺失、倍增和插入的检测假肥大肌营养不良(DMD):

位于X染色体上的肌细胞增强蛋白的基因(79个外显子)突变,其中72%的人是由于基因部分外显子缺失或倍增,28%的人是由于基因点突变引起.设计一套引物来扩增所有的外显子正常缺失倍增倍增缺失三联体重复疾病的检测亨廷顿舞蹈病(HD)

4号染色体亨廷顿基因中CAG大量重复引起的.正常人最多有35个重复,病人则有36到120个CAG重复通过PCR扩增重复部位基因片段,依据大小判定.脆性X综合征:X染色体上FMR1基因中CGG过量重复(PCR无法扩增)强直性肌营养不良症:19号染色体的强直性肌蛋白基因CAG过量重复患者正常6.6Kb2.8kb脆性X综合征DNA限制酶切图谱的Southernblot等位基因特异性寡核苷酸探针杂交法

(allelespecificoligonucleotide,ASO)ASO法的基本原理：通过位于寡核苷酸探针中的基因（或序列）特异性碱基与靶序列DNA的碱基配对和严格条件下洗膜来达到检测基因中少数碱基变化（少至单个碱基）的目的寡核苷酸探针与固定在膜上的靶序列DNA之间，只要有一个碱基不互补，寡核苷酸探针就会被洗掉点突变的检测囊性纤维化基因的11号外显子的鉴定将基因扩增产物点于尼龙膜上,与正常和突变的ASO探针杂交突变探针正常探针囊性纤维化基因的11号外显子主要是应用限制酶片段长度多态性（RFLP）为遗传标志进行家系分析突变造成了序列上的多态性，不少序列多态性发生在限制酶识别位点上，产生了限制酶酶切位点的多态性用该限制酶水解DNA就会产生长度不同的片段，称为RFLP限制性酶切位点分析EcoRⅠ酶切示意图5’

AGGAATTCGAATTCGAATTCCG3’

3’TCCTTAAGCTTAAGCTTAAGGC5’

AGG

AATTCG

AATTCG

AATTCCG

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GCTTAA

GCTTAA

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5’AGGAATTCGAATCCGAATTCCG3’

3’TCCTTAAGCTTAGGCTTAAGGC5’

AGG

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AATTCCG

TCCTTAA

GCTTAGGCTTAA

GCGb

珠蛋白基因突变所造成的RFLP分析(镰刀状细胞性贫血症)突变反应扩增系统(ARMS)设计一条PCR引物使其3’端最后一个碱基正好处于基因序列中的突变位点;再设计一条3’端与突变碱基一致的引物.进行两次PCR反应,如果存在突变,在第二次PCR中有产物,第一次PCR中无产物.5’ATGCGCCCGATTAGGTTAACGCTTAGCTGCTCA3’正常基因5’ATGCGCCCGATGAGGTTAACGCTTAGCTGCTCA3’突变基因5’ATGCGCCCGATT第一条引物5’ATGCGCCCGATG第二条引物单链构象多态性分析（SSCP）原理:

序列不同的DNA单链其空间构象也不同,在非变性PAGE电泳上泳动位置亦发生变化,由此可判断突变是否存在.可检测基因中单个碱基的突变.对小于300bp的DNA比较敏感.DNA测序分析PCR-SSCP分析法只能判断基因是否存在突变,但不能检测何种碱基突变以及突变的具体位置.可先PCR,然后测序基因芯片技术：将大量探针分子（通常每平方厘米点阵密度高于400）固定于支持物上后与标记的样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子杂交信号的强度，获取样品分子的数量和序列信息基因治疗

（genetherapy)基因治疗概念从分子生物学角度来看:基因治疗（genetherapy）可以理解为用正常有功能的基因置换或增补缺陷基因的方法。从广义疾病治疗的角度讲:可以认为凡是将新的遗传物质转移到某一个体的细胞内，使功能正常的基因或表达量很低及原来不存在的外源基因得到正常表达，赋予患者新的抗病功能，从而达到治疗目的。由表达产物发挥治疗作用的基因治疗方法称为基因疗法（genetherapeutics）。

基因治疗的策略（1）基因置换用正常的外源基因替换产生疾病的基因，使致病基因得到永久地更正,是最理想的基因治疗方法。（2）基因修正将致病基因的突变碱基序列加以纠正，而基因的其它正常部分予以保留。因为单基因遗传病在多数情况下是由于基因内部的单个碱基发生突变而引起的，其它核苷酸序列均是正常的，因此只要将突变的单个碱基予以更正就能达到基因治疗的目的，而不必将整个基因进行置换。（3）基因修饰将目的基因导入病变细胞或其它细胞，目的基因的表达产物可以补偿致病基因的功能，致病基因本身并未得到改变。由于已经发展了许多有效的方法可以将目的基因导入真核细胞，并获得表达，因而是目前较为成熟的方法。只是由于目的基因不是在原位导入的，所以治疗效果有时并不理想。（4）基因抑制导入外源基因去干扰、抑制有害基因的表达，如向肿瘤细胞导入肿瘤抑制基因，以抑制癌基因的表达。（5）基因封闭利用反义技术封闭某些特定基因的表达，以达到抑制有害基因表达的目的。反义技术是以mRNA为靶分子.基因转移基因转移的途径invivo（体内），即活体直接转移，是将带有遗传物质的病毒、脂质体或裸露的DNA直接注射到试验个体内；exvivo（离体），称为回体转移，是将试验对象的细胞取出，在体外培养并插入基因后，将这些经过遗传修饰的细胞重新输回到试验个体体内。exvivo方法比较经典、安全、效果容易控制，但缺点是步骤多，技术复杂，难度大，不容易推广；invivo方法操作简便，容易推广，缺点是方法尚未成熟，存在疗效短、免疫排斥和安全性等问题，但它是基因转移的方向，只有invivo基因转移方法成熟了，基因治疗才能真正走向临床。基因转移基因转移的方法物理方法化学方法生物学方法物理方法裸露DNA的直接注射DNA颗粒轰击

Agracetus公司开发出一种粒子加速装置，它可以使携带有外源DNA的金颗粒打入到机体的一定部位以产生治疗作用。电脉冲介导法显微注射法化学方法包括DNA磷酸钙共沉淀法、脂质体包埋法、DEAE-葡聚糖法和多聚季胺盐法等。其中以脂质体介导的基因转移方法应用较多。物理方法和化学方法转移的外源基因的表达是暂时的，因为这些基因不容易整合到宿主细胞的基因组中，容易被细胞内的DNA酶降解，并将其排出体外。但是这些方法不存在野生型病毒的污染问题，也不会诱导免疫反应，理论上比病毒介导的基因转移方法安全。Liposome生物学方法主要指病毒介导的基因转移，包括RNA病毒和DNA病毒两类。逆转录病毒(RV)、腺病毒(AV)、腺病毒相关病毒(AAV)、单纯疱疹病毒(HSV)、禽类病毒(PoV)、痘苗病毒(VV)和细小病毒(PaV)等。逆转录病毒载体优点:

逆转录病毒载体能将外源基因稳定地插入靶细胞的染色体中，进行复制和转录，因此转基因效果比较稳定、表达持续时间较长。逆转录病毒可感染的细胞范围广、感染效率较高；缺点:

由于逆转录病毒载体可能产生具有复制能力的逆转录病毒，而且由于逆转录病毒载体在染色体上的随机整合，有可能造成插入突变、干扰和影响细胞中某些正常基因的复制和转录，甚至激活一些癌基因的表达，产生严重的后果，因而在安全性方面具有潜在的危险。

CapacitytocarrytherapeuticgenesissmallInfectivitylimitedtodividingcells腺病毒载体优点:腺病毒载体有较大的宿主范围可以感染非分裂期细胞由于其感染细胞时不整合到宿主染色体，潜在的致癌危险性小；

EfficiencyoftransductionishighHighlevelgeneexpression缺点:腺病毒和痘苗病毒载体由于表达时间有限，所以很难用于需要长期稳定表达的一些基因治疗项目，如遗传病的基因治疗等。单纯疱疹病毒载体单纯疱疹病毒具有嗜神经性，可用作中枢神经系统靶向的良好载体不整合入宿主基因组，不会引起被感染细胞出现插入突变的可能性可以在细胞内长期存在，有可能获得稳定的表达基因治疗疾病的种类遗传病的基因治疗

肿瘤的基因治疗常见遗传病的基因治疗腺苷脱氨酶（ADA）基因缺陷病:ADA缺乏者有反复受感染的危险，并且极容易较早患上癌症首次实际应用始于1990年9月，美国一名患腺苷脱氨酶（ADA）基因缺陷病的4岁女孩进行了人类历史上首次基因治疗获得成功，它标志着基因治疗临床应用阶段的开始。将ADA转入自身T细胞,5年后仍10%造血细胞ADA阳性只需小剂量服用ADA蛋白,其它体征正常14岁时仍然健康一年之后，又在一名9岁的儿童身上进行了临床试验。均取得了较好的治疗效果。血友病血友病是一种常见的遗传性出血性疾病，它是由于血液中缺乏某种凝血因子而导致患者的凝血功能出现障碍。根据患者所缺乏的凝血因子的种类不同，可以将常见的血友病分为血友病A、血友病B和血友病C三类。其中血友病A缺乏凝血因子Ⅷ，血友病B缺乏凝血因子Ⅸ，血友病C缺乏凝血因子Ⅺ。血友病的共同特点是机体在受到轻微损伤时，就会出现出血不止的倾向。传统的治疗方法是患者输入凝血因子的血制品.细胞经培养筛选培养上清凝血因子Ⅸ的测定细胞连续传代形态学观察、染色体分析、内毒素过敏试验、裸鼠接种试验、常规病理学检查和辅助病毒的PCR检测携带有人凝血因子ⅨcDNA的逆转录病毒载体患者自身的皮肤成纤维细胞

感染未发现致畸和致癌现象从1987年起，复旦大学遗传所就以血友病B为基因治疗的研究对象。1991年11月对2例血友病B患者进行了世界上首次血友病B基因治疗的临床Ⅰ期试验目前，共有4名血友病B患者接受了基因治疗。结果:

患者经治疗后体内凝血因子Ⅸ浓度上升，出血症状不同程度减轻，2位患者疗效较显著，其中1位治疗后年内没有出现自发出血现象。4位治疗后均未出现与基因治疗有关的毒副反应。问题:

凝血因子Ⅸ的水平只能达到正常值的5%，只能使血友病患者从中型转变为轻型，还不能从根本上使血友病患者消除症状下一步工作:选择更好的表达载体和靶细胞以便获得凝血因子Ⅸ在体内的长期高效表达，以及建立更为简便有效的基因转移和细胞移植途径等问题都还有待于进一步研究。家族性高胆固醇血症：家族性高胆固醇血症是由于低密度脂蛋白受体缺陷而导致血中胆固醇水平过高，患者多死于冠心病。通过基因治疗可以表达更多的低密度脂蛋白受体，以便降低血液中胆固醇的水平。1992年6月Ｗillson等利用低密度脂蛋白受体cDNA构建的逆转录病毒载体，感染体外培养的肝细胞，并将受感染的肝细胞输回体内，经治疗后，患者血清中的胆固醇下降20%-40%，取得了明显的治疗效果。问题:上述受感染的肝细胞输回体内后，转染的基因可能只是有效地纠正了肝脏某处的3%-4%的肝细胞，如果能纠正5%的肝细胞，就可以使患者的症状得到明显改善；如果能使被纠正的肝细胞超过15%，患者就能正常生活。为克服上述基因治疗的缺点，用腺病毒代替逆转录病毒可能更有效。有关这方面的研究正在进行动物实验。肿瘤的基因治疗细胞因子导入疗法编码细胞因子的基因导入细胞(肿瘤浸润淋巴细胞或肿瘤细胞本身)，使其在肿瘤浸润部位合成细胞因子或在局部肿瘤中稳定、持续的表达，通过增强肿瘤微环境中抗癌免疫达到治疗肿瘤的目的。常用的细胞因子白细胞介素Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ，干扰素－α，肿瘤坏死因子（TNF）和粒细胞－巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)等。肿瘤抑制基因疗法肿瘤抑制基因的失活与肿瘤的发生密切相关。将正常的肿瘤抑制基因导入肿瘤细胞可以替代或补偿有缺陷的基因，从而达到抑制肿瘤的生长或逆转其表型的目的。如p53基因就是人类肿瘤发生过程中最常发生变化的肿瘤抑制基因之一。缺点是必须处理100%的转化细胞才能达到治愈癌症的目的.“自杀”基因疗法自杀基因所编码的蛋白产物能够使无毒性的化疗药物的前体在细胞内转换为强毒性药物，导致肿瘤细胞“自杀”而死亡，达到选择性地杀伤肿瘤的目的。正常组织由于未转染该基因，不能表达该“自杀基因”的产物，因而不能激活前体药物，避免了组织的损伤。GCVGCV-TP有毒性GCV-MPGCVHSVtk细胞内激酶丙氧鸟苷:GCV单纯疱疹病毒胸苷激酶:HSVtk载基因纳米粒注射剂Tumor-TargetedGeneTherapyVectorRexin-G抗肿瘤药伊佩尤斯生物技术(EpeiusBiotechnologies)2007年12月13日（菲律宾）本品是全世界范围内首个获准上市的载基因纳米粒药品（2003年美国FDA批准其为治疗胰腺癌的罕用药物），是对人体实际有效的靶向基因释药系统。每一Rexin-G纳米粒仅100nm大小，尽管其外形小，但内部结构十分复杂。包裹外层、基质、壳体、多种酶和基因物质等成分组成的纳米粒，可释放致命的杀伤部件。此杀伤部件是专门杀灭肿瘤的基因，可选择性杀死癌细胞并阻断其相关的血供而不损伤正常细胞和健康组织。以纳米粒释放致命部件是“趋病理”的，即它特异地靶向疾病组织。趋病理靶向让Rexin-G寻找出和摧毁不管在人体任何部位的肿瘤，因而减少肿瘤对人体的危害，延长存活期并改善患者的生活质量。

DNA疫苗以基因治疗为基础的疫苗已经进入临床试验的有疟疾,乙肝,AIDS的DNA疫苗目前，肿瘤的基因治疗主要选择恶性程度高、其它方法难以治疗的肿瘤作为研究对象，如恶性脑胶质瘤、黑色素瘤、肾母细胞瘤、肝癌、肺癌、胃癌和白血病等大多数研究还只是处在临床或即将进入临床试验阶段许多问题还有待于进一步的研究，这其中既有研究和应用的技术问题，也有大量的安全性问题基因治疗的问题：1、发现切实有效的治疗基因；2、外源基因表达的调控；3、构建高效、靶向性基因转移系统；生物芯片技术何为生物芯片?生物芯片主要指通过平面微细加工技术在固体芯片表面构建的微流体分析单元和系统，以实现对细胞、蛋白质、核酸以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。他是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命。生物芯片技术原理生物芯片分类基因芯片(Genechip)生物芯片主要指基因芯片。基因芯片又称DNA芯片（DNAChip）。它是在基因探针的基础上研制出的，所谓基因探针只是一段人工合成的碱基序列，根据碱基互补的原理，利用基因探针到基因混合物中识别特定基因。它将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析。

基因芯片是生物芯片研究中，最先实现商品化的产品。蛋白质芯片与基因芯片的基本原理相同，但它利用的不是碱基配对而是抗体与抗原结合的特异性即免疫反应来检测。蛋白质芯片构建的简化模型为：选择一种固相载体能够牢固地结合蛋白质分子（抗原或抗体），这样形成蛋白质的微阵列，即蛋白质芯片。如果加入与之特异性反应的带有特殊标记的蛋白质分子（抗体或抗原），两者结合后，通过对标记物的检测来实现抗原抗体的互检，即蛋白质的检测。此种方法构建的模型所需蛋白质的量极少，反应相对较快，蛋白质芯片稳定性较好，灵敏度较高，在临床检测方面大有发展。芯片实验室为高度集成化的集样品制备、基因扩增、核酸标记及检测为一体的便携式生物分析系统，它最终的目的是实现生化分析全过程全部集成在一片芯片上完成，从而使现有的许多烦琐、费时、不连续、不精确和难以重复的生物分析过程自动化、连续化和微缩化，属未来生物芯片的发展方向。基因芯片制作方法原位合成法

(InSituSynthesis)以Affymetrix公司开发的光引导聚合法为代表光引导聚合技术是照相平板印刷技术（photolithography）与传统的核酸、多肽固相合成技术相结合的产物。其主要特征是：①可在芯片上根据已知序列原位合成，省去了麻烦的样品处理过程；②使用合成试剂将芯片之间的差异减少到最小；③能得到高密度的阵列。

原位合成

(InSituSynthesis)合成点样法合成工作用传统的DNA或多肽固相合成仪完成，只是合成后用特殊的自动化微量点样装置将其以比较高的密度涂布于硝酸纤维膜、尼龙膜或玻片上。优点：保持样品原型，操作迅速，成本低廉，用途广泛。缺点：样品必须预先合成，需要一系列的纯化及储存等后续过程；密度达不到类似照相平板印刷术的水平。现在已有比较成型的点样装置出售，如美国Biodot公司的点膜产品以及CartesianTechnologies公司的PixSysNQ/PA系列产品。

生物芯片的应用基因表达谱研究

基因疹断

药物筛选

个体化医疗

测序

生物信息学研究基因表达谱研究理论上，有10000个基因的人类基因组可在一张芯片上、一次杂交反应中观察到其在目的细胞的实际表达状态，包括表达与否，表达丰度，而且两种相关细胞的实验可在同一张片子上同时做出来，便于最小实验误差情况下比较二者细微差异（双色荧光检测）。这样将具体的分