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说说数字PCR欧巴的那点事儿

2019-10-14 17:16:30 点击次数:2937次


提起数字PCR,这位“流量小鲜肉”的热度绝不亚于国民老公王思聪,前文我们把他的身世简单的扒了一下,发现在他闪耀的光环之下,居然藏着深不可测的“绝世武功”。这位“欧巴”之所以受到科研和临床工作者的追捧,靠得并不只是他帅气的外表,更重要的是其内在强大的功力。




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As is well known,现今四十多岁的Sanger先生自出生起便一路征战,是基因检测领域名副其实的“金标准先生”,曾独自完成了举世瞩目的“人类基因组计划”,战绩不俗;但是由于他存在周期长、效率低、费用高、过程繁琐、无法检测低频突变等缺点,逐渐走向暮年。随之而来的新生代测序领军人物“NGS”,则充分利用现代各项高科技优势,修得高通量的绝学,一举夺走了Sanger先生头顶的光环。


                                                          

在基因检测领域,PCR、qPCR、dPCR三兄弟则属于与测序不同的另一个的派系。荧光定量PCR利用荧光信号的变化实时检测PCR扩增反应中每一个循环扩增产物量的变化,最终实现对起始模板的定量分析;其分析过程主要依赖于标准曲线的建立或参照基因来进行相对定量。而数字PCR欧巴则能够直接数出DNA分子的个数,是对起始样品的绝对定量。特别适用于依靠Ct值不能很好分辨的应用领域,例如拷贝数变异、突变检测、SNP基因分型、基因相对表达研究、miRNA表达分析、单细胞基因表达分析、基因编辑等。

                                                         

     

在某些特定的基因检测领域,金标准Sanger先生、新生代测序领军人物“NGS”、为人熟知的qPCR先生和我们的dPCR欧巴也会同台竞技,各展风姿。几轮较量之后你会发现,Sanger先生廉颇老矣,很难再创举世之功;而后来者居上的“NGS”、荧光定量PCR和数字PCR在技术层面和应用领域可谓各有千秋。但是科研者发现,在一些特定的应用场景下,由于数字PCR拥有高灵敏度、高精确性和高耐受性等强大的功力,使得很多测序解决不了的问题,数字PCR欧巴可以解决,很多荧光定量PCR解决不了的问题,数字PCR欧巴也能解决。虽然欧巴还是会有那么一丢丢的不完美,但作为一个流量小鲜肉,已经表现得足够优秀了,不是么?



数字PCR和Sanger测序、荧光定量PCR、二代测序同台竞技




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接下来,我们来看看在数字PCR欧巴光鲜的面孔下,又有哪些惊人的表现呢?

无论是被评为“全球十大新兴技术榜单之首”的液体活检技术,还是因此获得诺贝尔奖的风向标“引文桂冠奖”的无创产前检测技术,抑或关系国民安全的病原微生物检测、环境检测及农业和动植物检测等多个领域,数字PCR都能凭借其超高准确性和灵敏度的绝技占领一席之地。



数字PCR应用广泛


为了维护世界的和平,为了紧跟欧巴的脚步,小编化身为领航基因大侦探,调研报道数字PCR欧巴的几个光辉事迹。


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数字PCR欧巴火眼金睛识别肿瘤循环物,源头扼杀癌魔


肿瘤的发生和发展是一个递进过程,在最开始是基因水平上发生突变,然后带来细胞水平的异常,最后引起组织水平的变异。现阶段肿瘤的早期检测仍以影像诊断及组合诊断方法为主,主要利用各种影像设备,在实体肿瘤形成早期检测到异常情况。但其劣势主要在于有一定放射性,只能检测形成一定规模大小的肿瘤,且价格也相对较贵,不能算作是严格意义上的早期筛查。而血清肿瘤标志物检测以及病理诊断组合基本可以实现对肿瘤的确诊,准确度较高,但起不到任何早筛的作用。


组织和细胞学标本是理想的基因检测标本,但为数不少的病人标本缺乏,某些肿瘤无法通过组织活检取样,难以克服肿瘤组织的异质性问题等。并且当前动态检测需求逐渐成为趋势,病人和医生需要更早期、更快速、更精确的检测报告。

近年来兴起的液体活检技术能够很好地解决这一问题。液体活检是通过检测血液及其他体液中含有癌症来源的成分实现疾病的分子鉴定。来源于肿瘤的物质包括循环肿瘤细胞(CTC)、循环肿瘤DNA(ctDNA),以及RNA、蛋白标记物和细胞外囊泡(如外泌体等)。

不过,因为血液中通常存在着大量正常细胞DNA,肿瘤早期ctDNA的含量在血液中的丰度非常低,有些甚至低至千分之一以下,所以对检测手段的灵敏度及抗干扰有着更高的要求,无论是qPCR还是NGS都面临巨大的挑战。而数字PCR凭借其超高灵敏度,可以很容易地定量分析低至0.01%-0.001%的基因突变。基于液滴的数字PCR新技术的开发大大提高了检测稀有序列的灵敏度、特异性和精确度,为癌症的早期研究和诊断奠定基础。


案例1

 研究人员以表皮生长因子受体(EGFR)突变的肺癌患者的血浆中游离DNA(cfDNA)为样本,采用dPCR(领航基因,iScanner 5)在高背景EGFR野生型中对T790M等突变进行定期监控检测,以更好地评估抗酪氨酸激酶抑制剂的治疗。



数字PCR欧巴开心地报告:您血液中T790M突变呈持续走低趋势,同时未检测到其他EGFR重要新发突变位点,还不错哦,继续努力。



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数字PCR欧巴进行无创产前筛查,造福亿万家庭

据统计,中国每年新生儿2000万例,其中自然流产高达60-240万例,自然流产中50-60%与染色体异常有关。胎儿染色体非整倍体异常最常见的包括21-三体综合征、18-三体综合征和13-三体综合征等。这类疾病将导致新生儿出现智力低下、生长发育迟缓、多发畸形乃至死亡,且尚无有效治疗手段,而产前筛查和诊断可最有效的避免此类患儿的出生。


传统的血清学筛查和超声等产前检测方法虽然已经普及,但灵敏度和准确性欠佳。现有的侵入取样方法,如羊水穿刺和绒毛取样,虽然准确性已经得到医学界的公认,但是仍然存在让孕妇流产和导致死胎的风险。1997年,卢煜明教授发现了存在于孕妇外周血的胎儿游离DNA(cell-free fetal DNA,cffDNA),为无创产前诊断提供了新的思路。近年来兴起的基于二代测序技术的无创产前检测技术(non-invasive prenatal testing,NIPT),凭借其无创、安全、准确的特点,被临床快速接受。

无创DNA产前检测技术即通过采取孕妇外周血,对母体外周血浆中的游离DNA片段(包含胎儿游离DNA)进行检测,从而得到胎儿的遗传信息。然而基于二代测序的NIPT存在检测周期长、费用高等不足,使得无创产前检测在临床的推广踌躇不前。传统实时荧光定量PCR平台能够区分1.5倍以上的拷贝数差异,但对于在高背景母体遗传分子干扰下区分微量胎儿核酸分子的拷贝差异,便显得束手无策。急需更精确的检测手段,以准确的检测拷贝数变化。

于是基于单分子检测的数字PCR技术开发的染色体非整倍体的无创产前检测方法应运而生。与传统检测方法相比,数字PCR的优势在于灵敏度高、准确度高、检测周期短、安全性好。其中21-三体综合征产前诊断准确度可达99%以上。

案例2

研究人员以孕妇外周血中cfDNA为样本,富集胎儿cffDNA,对21号染色体、18号染色体、13号染色体、X染色体和内参基因特定位点设计引物探针组合,采用dPCR检测染色体拷贝数。



数字PCR欧巴兴奋的告知:您胎儿21、18、13染色体拷贝数均正常,全家老小齐动员,准备迎接幸福的小精灵吧!






领航基因科技(杭州)有限公司专注于数字PCR技术相关的设备、耗材与试剂的研发,拥有国内外高水准的多学科交叉技术研发团队,荣获国家高新技术企业和杭州市企业高新技术研发中心认定,并顺利通过ISO13485认证。公司申请数字PCR产品相关专利50余项,并已授权20余项,在国产数字PCR行业中处于领先地位。公司致力于开发高通量、低成本、全自动的数字PCR检测平台,应用于肿瘤、遗传和病原微生物检测等领域,为临床提供整套完整的分子诊断解决方案。随着公司在技术创新与产品报批方面的快速发展,未来领航基因将推出更多系列优质产品,推动中国数字PCR市场蓬勃发展。


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