采集一滴新生兒足跟血，將從中提取的核酸樣本經擴增放大后注入一片長7.5厘米、寬2.5厘米的載玻片上，放進普通打印機大小的配套儀器里，就可得知受試者是否攜帶遺傳性耳聾基因。這項中國原創(chuàng)的全球首款遺傳性耳聾基因檢測芯片系統(tǒng)，使我國320多萬名新生兒獲益，并已走出國門。其研發(fā)團隊清華大學、中國人民解放軍總醫(yī)院和博奧生物集團近日獲得2018年度國家技術發(fā)明獎二等獎。

　　早期診聾防聾誕生中國“芯”

　　聽力障礙是我國第二大出生缺陷疾病。我國現(xiàn)有聽力殘疾人2054萬，其中0～6歲兒童超過80萬人，且每年新增3萬名聾兒。研究表明，約60%的重度耳聾由遺傳因素導致；正常人中有4%～5%的耳聾基因攜帶率，是造成成人后天聾和生育下一代聾兒的主要原因。傳統(tǒng)的耳聾篩查和診斷技術操作繁瑣、通量低且耗費人力物力。

　　遺傳性耳聾基因診斷芯片系統(tǒng)項目第一完成人、中國工程院院士程京說：“要解決這些問題，先要找到中國人群的致聾基因，然后解決現(xiàn)有檢測芯片和設備問題。”

　　從2003年起，項目合作單位解放軍總醫(yī)院陸續(xù)收集到7630例耳聾臨床病例和2898例正常個體樣本，進行遺傳性耳聾高危人群的分子病因學研究，確定了GJB2、SLC26A4、12SrRNA、 GJB3為中國人群主要的遺傳性耳聾致病基因及其上9個突變熱點。這些基因和位點就是檢測需要瞄準的“靶子”。

　　有了“靶子”就要升級“槍”，“槍”的核心就是芯片。項目組發(fā)明了高精度的多重等位基因特異性擴增及通用芯片技術、在擴增引物的適當位置巧妙引入人工錯配堿基技術、磁珠分離富集單鏈DNA技術、利用表面張力精確控制雜交技術，將這四大技術整合在一起，設計出了高精度、高靈敏度、高通量的突變位點檢測芯片。

　　程京說：“芯片靈敏度低就需要采集大量樣本，這對于新生兒來說創(chuàng)傷大且不易實現(xiàn)。磁珠分離富集單鏈DNA技術將芯片檢測靈敏度提高了25倍。如此一來，一滴足跟血、一點口腔唾液、頭發(fā)毛囊就夠用。”

　　圍繞芯片核心技術，項目還發(fā)明了全自動液體工作站、芯片掃描儀、芯片雜交儀、芯片洗干儀、芯片點樣儀5種配套儀器，覆蓋了樣品制備、雜交反應、雜交后清洗及掃描等過程。“這樣一整套儀器及解決方案，適合大規(guī)模篩查應用，能夠檢測先天性耳聾、藥物性耳聾、遲發(fā)性耳聾的耳聾基因位點。”程京透露，遺傳性耳聾基因芯片的檢測能力從第一代的4個基因9個位點，擴展到第二代的4個基因15個位點，未來還將研發(fā)出覆蓋更多基因和位點的芯片產品，為罕見病診斷提供更得力的工具。

　　320萬新生兒篩查耳聾基因

　　針對新生兒、耳聾遺傳高危人群進行篩查，有利于避免藥物致聾并降低遲發(fā)性耳聾和后代聾兒出生率。程京說，育齡期女性尤其要重視藥物性耳聾篩查，因為藥物性耳聾基因通過母系遺傳，追蹤母系成員并發(fā)放用藥指南，可以給予整個家族保護。此外，檢測出的先天性耳聾孩子及早植入人工耳蝸，有助恢復聽力，不錯過語言發(fā)育的關鍵期。

　　2009年，博奧生物生產的遺傳性耳聾基因檢測芯片系統(tǒng)投入市場，在婚育指導、產前篩查、新生兒和高危人群篩查、耳聾病因診斷等領域推廣應用。2012年4月，北京市開展新生兒遺傳性耳聾基因篩查工作，成為全球首個實現(xiàn)新生兒耳聾基因篩查的城市。一年后，北京市衛(wèi)生計生委委托衛(wèi)生經濟學專家對北京耳聾基因項目篩查實施情況進行評價。“結果令人振奮。”程京說，“篩查的成本效益比率為1∶7.27，即早期篩查可節(jié)約發(fā)病后因治療造成的約7倍損失。”

　　此后，成都、鄭州、福州、太原、南通、東莞、濟南、新疆等20多個省（區(qū)、市）相繼實施新生兒遺傳性耳聾基因篩查，并將其納入政府民心工程。截至2018年年底，全國接受遺傳性耳聾基因篩查的新生兒超過320萬名，檢出總突變率為4.4%，其中藥物致聾基因攜帶者有8400多人，直接避免受檢者和家庭成員約8萬多人因使用藥物不當而致聾。

　　中國技術邁出國門

　　遺傳性耳聾基因診斷芯片技術已受到國際關注。

　　2014年，全美第二大醫(yī)療中心、美國邁阿密大學醫(yī)學院向項目研究團隊發(fā)起請求。程京說，應美國邁阿密大學請求，團隊采用自主研發(fā)的微流控陣列芯片技術平臺，研發(fā)出首款用于檢測白種人遺傳性耳聾的基因檢測芯片和配套試劑，該芯片可以同時檢測與白種人常見遺傳性耳聾相關的5個基因9個位點。目前，芯片已經進入臨床試驗階段，成果獲得國際同行高度認可。

　　美國外科學院院士、美國邁阿密大學醫(yī)學院遺傳性耳聾中心主任劉學忠教授在第十屆亞太人工耳蝸植入及相關科學大會、2015年華人遺傳學大會等國際會議上介紹該成果時指出，“基于分子病因學研究結果研發(fā)耳聾芯片并應用于大規(guī)模耳聾篩查，為聾病早期診斷和預防提供了新途徑”。

　　2016年年初，遺傳性耳聾基因診斷芯片產品獲得臺灣地區(qū)衛(wèi)生福利部頒發(fā)的醫(yī)療器械許可證，進入臺灣市場。2017年7月，遺傳性耳聾基因診斷試劑盒獲得泰國國家公共衛(wèi)生部食品藥品監(jiān)督管理局核發(fā)的醫(yī)療器械注冊證書。

　　程京說，為進一步提高效率，團隊已成功研制出基于先進微流控芯片技術的一體機系統(tǒng)，15分鐘～20分鐘可自動快速完成雜交、清洗和掃描等操作過程，雜交、清洗時間比以前縮短約4倍。初步實驗表明，整個檢測過程可以在兩個小時內全部完成。