淺談基因晶片

生物晶片 

生物晶片泛指運用在分子生物學、分析化學、生化反應、醫學工程等領域，並針對其原理進行設計，而在玻璃、矽片、塑膠、矽晶圓或高分子等材質上，結合精密微機電製造技術與生物醫學技術，製成可應用於生物化學分析的產品。其中最重要的發展是在二十世紀80年代後期(1980)，由研究人員Manz及其夥伴在Ciba Geigy公司研發出首件微型完整分析系統 (Micro total analytical system, μTAS)[1, 2]；而具體的研發成果則是由生物晶片的龍頭─美國Affymetri公司，應用半導體產業技術的光化學技術(光罩法),製作高密度的寡核酸探針陣列。

生物晶片依其功能性可以簡單分成三大類，分別是：微陣列晶片(Microarray chip)、微流體晶片(Microfluidic chip)及實驗室晶片(Lab-on-a-chip)。其中微陣列晶片因是在晶片上植入不同的基因片段、蛋白質等生物分子探針，因此，依探針的不同又可分為基因晶片(Gene chip)、蛋白質晶片(Protein chip)及醣類晶片(Carbohydrate chip),此類晶片也是最常應用於臨床疾病診治之生物晶片。

基因晶片 

基因晶片又稱為DNA晶片，DNA是負責生物體內遺傳訊息的傳遞，由四種核苷酸A、T、C、G所組成的。其原理乃將單股DNA探針固定在表面經化學處理的尼龍膜或玻璃等固態載體上，利用DNA雙股螺旋結構專一互補結合的特性(A與T、G與C配對)，能與溶液中的單股DNA標的(Target)，如cDNA進行雜合反應(Hybridization),繼而偵測結合於晶片上之雙股核酸所呈現的訊號，可測得檢體內與晶片上基因探針有反應之生物標記的含量。

相較於傳統上同樣用以偵測基因表現的北方墨漬雜交法，該技術一次只能針對單一基因進行分析，而疾病的成因及藥物有效性評估等，往往必須依賴多重基因標記共同評估，因此在臨床應用上確實有其限制。至於近幾年取而代之、較廣泛使用之Real-time PCR，雖然提高了北方墨漬雜交法之特異性及操作方便性，且有效縮短檢測時間及降低技術門檻，但仍然無法提供多重基因標記同時檢測之整體性實驗數據，且機器及耗材昂貴，因此很難獲取大量的基因資訊(如下表)。

反觀基因晶片，因晶片上可植入多重基因標記探針，因此可於單次同時檢測數種、數十種甚至數百種之基因標記，且經特殊軟體分析後，可提供所有標記之整體實驗結果評估，大大提高臨床應用之準確性。基於上述許多特點與優勢，基因晶片深具廣泛運用之潛力，在研究應用上，包含了生物醫學、新藥開發、預測 基因功能等，例如：當細胞接受新研發的藥物作用之後，利用基因晶片，針對細胞對藥物的敏感性進行基因表現分析；在臨床檢驗應用方面，包含了疾病檢測、血液篩檢、病原物種檢測、預測診斷疾病等等，例如：檢測循環癌細胞CEA、CK19、CK20等基因標記的表現量，可作為大腸直腸癌患者早期診斷癌細胞微轉移的有效工具[3]；在非醫學應用領域方面，包含了食品檢測、環境檢驗、刑事鑑定等。由此可知，基因晶片的發展與應用，確實給生物研究、醫療診斷、新藥物開發等帶來革命性的改變。

 Reference: 

1.   Manz A GN, Widmer H.M.: Miniaturized total chemical analysis systems: A novel concept for chemical sensing. Sensors and Actuators 1990, B1:244- 248.

2.  Smith LM, Sanders JZ, Kaiser RJ, Hughes P, Dodd C, Connell CR, Heiner C, Kent SB, Hood LE: Fluorescence detection in automated DNA sequence analysis. Nature 1986, 321(6071):674-679.

3.  Wang JY, Wu CH, Lu CY, Hsieh JS, Wu DC, Huang SY, Lin SR: Molecular detection of circulating tumor cells in the peripheral blood of patients with colorectal cancer using RT-PCR: significance of the prediction of postoperative metastasis. World J Surg 2006, 30(6):1007-1013.

資料來源:康雋生技基因晶片偵測試劑組實用專書