流式熒光技術又稱液態芯片技術(Luminex xMAP技術),其整和了熒光編碼微球、激光分析、應用流體學及高速數字信號處理等多項最新科技,是美國Luminex公司于上世紀末開發出的新一代高通量發光檢測技術。目前該技術已被廣泛應用于免疫分析、核酸研究、酶學分析、受體和配體識別等領域,并得到各權威機構和醫學界的高度認可。2005年,該技術榮獲Frost&Sullivan頒發的“年度國際臨床診斷技術革新大獎”。目前,由Luminex技術平臺獲得實驗數據發表的科研文獻已超過12000篇。每年有數千篇引用流式熒光技術的文獻,其中數百篇為Pubmed收錄的高質量研究文獻。
我國也已有不少廠家將先進的流式熒光技術平臺用于臨床檢驗領域高端的體外診斷試劑開發和生產,如國內的透景生命(股票代碼:300642)、益善生物及協和洛克等。其中,透景生命是國內最早引入流式熒光技術的體外診斷試劑公司,也是Luminex公司在國內最大的開發型合作伙伴,在國內最早獲得CFDA批準將流式熒光技術用于臨床檢驗試劑的生產。
流式熒光技術特點及原理
流式熒光平臺的突出特點在于其可進行高速高效的多指標聯檢、既可對蛋白也可對核酸進行分析、既適用于臨床檢驗也適用于科研、高靈敏度熒光發光可進行定性或定量分析,而且檢測時對樣本需求量極少,特別適合一些珍貴樣本的多指標分析。此外,平臺具有極佳的開放性和拓展性,用戶可根據自己的需求來設計和實現對不同目標分子的聯合檢測。
該技術是以直徑5.6μm(約為頭發絲直徑的十五分之一)、大小均一的熒光微球作為免疫或核酸雜交反應的載體,微球表面包被有特異性抗體或核酸探針,可與樣本中待檢分子特異性結合。微球經兩種熒光染料染色編碼,可獲得100種不同特征熒光譜的微球,不同熒光編碼微球連接不同抗體或核酸探針并可在同一反應體系內進行反應。當微球逐顆經過儀器檢測時,檢測儀發射紅色激光識別微球的熒光編碼以確定檢測項目類型,發射綠色激光讀取待檢物熒光信號強度進行定性或定量分析。直徑5.6μm的微球具有極大的比表面積,可長時間懸浮于液體中進行高效均勻的擬液相動力學反應。同一反應體系內不同編碼微球各自反應、互不干擾,從而實現一次檢測獲得100種檢測結果,實現多指標的高通量聯合檢測。由于微球的羧基化表面可與任意蛋白或核酸探針的氨基發生共價交聯,因此可根據實驗需要對各種不同蛋白及核酸等目的分子進行檢測,或進行新項目的開發及個體化檢測試劑的定制。
流式熒光技術的廣泛應用
流式熒光技術作為開放型的多功能檢測技術平臺,在臨床診斷檢測、新藥的高通量篩選以及生命科學基礎研究領域均有重要而廣泛的應用:
流式熒光——臨床應用多面手
流式熒光技術具有成熟的臨床應用,是同時兼顧免疫和核酸檢測的雙棲檢驗平臺。由于其高通量的聯合檢測優勢,尤其適合于諸如腫瘤標志物及HPV基因分型等臨床多指標項目的檢測。
腫瘤標志物(TM)是腫瘤輔助診斷、預后判斷、療效觀察和復發檢測的重要指標。單個的TM指標靈敏度和特異性較差,目前臨床推薦使用幾項合適的TM組合進行聯合檢測,從而提高指標的應用價值,如EGTM推薦的肺癌檢測黃金組合3項——CYFRA21-1,NSE,CEA。流式熒光平臺尤其適合于腫瘤標志物的多項聯合檢測。一方面,流式熒光法免疫檢測具有與化學發光法媲美的檢測性能:董振南等[1]在對平臺上多腫瘤標志物的檢測方法學評價中,顯示與化學發光法相關性良好,對AFP、CYFRA211、CEA及NSE的檢測相關系數分別為0.9760、0.9268、0.9727及0.8990。徐京昕等[2]及張玥等[3]同樣進行了TM檢測性能驗證,流式熒光平臺適合于臨床檢測推廣。北京市體檢中心[4]使用流式熒光平臺,對當地23 566名健康人群血清AFP、CEA進行研究分析,顯示出在不同年齡層和性別間的顯著差異性,與在化學發光平臺上的檢測結果一致。另一方面,流式熒光平臺由于其聯檢優勢,檢測效率可達化學發光法的數倍,如涵蓋中國85%以上高發惡性腫瘤的精選7項組合檢測速度達840T/h,而化學發光法為200T/h。此外,平臺上的所涵蓋的18項TM指標,還可根據用戶需要,靈活組合后進行聯合檢測。
HPV是一種常見的嗜上皮性病毒,其型別眾多,依據致病能力的不同,分高危型和低危型。高危型HPV的持續感染是導致宮頸癌發生的明確誘因,低危型HPV感染與生殖器疣密切相關。目前明確的HPV高危型有十四種型別之多,且不同型別的致癌性也有不同,檢測中進行具體分型可明確感染型別,判斷致病風險,同時也是流行病學調查及指導疫苗的研發的重要依據?;诹魇綗晒馄脚_的一次檢測可同時對27種HPV亞型進行具體分型。Lu等[5]和You等[6]均使用該平臺,完成對江蘇和山東地區的流行病學調查,Li等[7,8]同樣基于流式熒光技術,對我國西部地區5702例宮頸癌及癌前病變患者的27型HPV感染進行具體分型。Li等[9]在流式熒光平臺上,揭示了云南地區10個不同地區,13個臨床中心的HPV感染率和型別分布,樣本量達28457。此外,Wang等[10]在對我國37個省份12萬宮頸癌篩查女性的HPV感染調查研究也是使用的該技術平臺。
此外,流式熒光技術在ToRCH檢測、HLA分型、自身免疫抗核抗體、胃腸道病原體、呼吸道病毒及心臟標志物等諸多項目領域均有重要的臨床應用。
流式熒光高通量篩選加速新藥研發
Li等人[11]利用Luminex平臺高通量篩選治療激素抵抗性前列腺癌的藥物,建立了一套基于基因組的表型篩選方法,發現一種強心苷——黃夾次苷可有效抑制癌細胞對雄性激素的敏感性和抗性,且不會引發嚴重的細胞毒性,研究成果發表在PNAS上。
Feng等[12]人同樣使用Luminex平臺進行抗多骨髓瘤藥物的高通量篩選。他們分析了1120種化合物,對這些藥物抑制多骨髓瘤相關細胞因子和生長因子的能力進行評估,發現四環素衍生物可有效抑制骨髓瘤細胞生長和破骨細胞分化因子的活性而不損傷細胞活力。
流式熒光助推生命科學基礎研究
流式熒光平臺的應用還可延伸到基因表達分析、基因分型、蛋白表達分析、動物模型血清輪廓分析、蛋白互作分析等諸多生命科學基礎研究領域。Dacic等[13]基于流式熒光平臺,對不同突變類型(EGFR陽性、KRAS陽性及EGFR/KRAS陰性)肺癌中的miRNA表達情況進行研究,發現某些miRNA的表達在不同突變型中差異很大。同樣,Lu等[14]基于該平臺,對幾十種人類癌癥樣本的217種miRNA的表達進行研究,獲得了不同譜系、不同分化狀態下miRNA表達的豐富信息,有望后續用于不同腫瘤亞型的鑒別和預后評估中。Mayer等[15]在巴貝西蟲病犬模型中,利用流式熒光平臺對不同患病狀態下的趨化因子和細胞因子進行檢測,認為KC和IL-8是重要的病理因素。
總結與展望
流式熒光技術是繼生物芯片技術、化學發光技術之后開發出的新一代高通量分子診斷技術平臺。該技術不僅是后基因時代科學研究的強大技術支持,更在臨床診斷和新藥的開發研究等領域大放異彩。流式熒光技術多重聯檢的技術特色,為醫療改革“降本增效”大背景下降低試劑及耗材成本,推進醫療資源結構優化提供了一大有效途徑。目前平臺總裝機數超過了 13782 臺,年裝機量更是逐年上升,流式熒光技術必將迎來愈加廣闊的發展前景。(生物谷Bioon.com)
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