分子生物技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

1、 中國高新技術(shù)企業(yè)分 子 生 物 技 術(shù) 在 現(xiàn) 代 醫(yī) 學(xué) 中 的 應(yīng) 用 文 /張慧博 【 摘 要 】 分 子 生 物 技 術(shù) 近 年 來 發(fā) 展 迅 速 , 已 成 為 推 動 分 子 醫(yī) 學(xué) 發(fā) 展 的 重 要 工 具 。本 文 對 分 子 生 物 技 術(shù) 的 內(nèi) 涵 、 在 醫(yī) 學(xué) 中 主 要 應(yīng) 用 、 相 關(guān) 儀 器 及 前 景 作 簡 要 綜 述 , 具 體 探 討 了 分 子 生 物 學(xué) 中 的 分 子 生 物 傳 感 器 技 術(shù) 、 分 子 生物芯片技術(shù)、 分子生物納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)和制藥中的應(yīng)用 , 指出了其在醫(yī)學(xué)發(fā)展中的重要性 , 并且提出了展望?！?關(guān) 鍵 詞 】 分 子

2、 生 物 學(xué) 分 子 生 物 技 術(shù) 醫(yī) 學(xué)二 十 一 世 紀 醫(yī) 學(xué) 發(fā) 展 的 主 要 特 點 之 一 是 對 生 命 現(xiàn) 象 和 疾 病 本 質(zhì) 的 認 識 逐 漸 向 分 子 水 平 深 入 。隨 著 基 因 克 隆 技 術(shù) 趨 向 成 熟 和 基 因 測 序 工 作 逐 步 完 善 , 后 基 因 時 代 逐 步 到 來 。 人 們 逐 漸 認 識 到 , 無 論 健 康 或 疾 病 狀 態(tài) 都 是 生 物 分 子 的 相 互 作 用 的 結(jié) 果 , 生 物 分 子 起 關(guān) 鍵 性 作 用 。 最 近 十 年 , 分 子 生 物 技 術(shù) 已 成 為 醫(yī) 學(xué) 領(lǐng) 域 極 其 有 力 的

3、 研 究 工 具 , 基 因 工 程 技 術(shù) 、 人 類 基 因 組 計 劃 與 核 酸 序 列 測 定 技 術(shù) 、 基 因 診 斷 與 基 因 體 外 擴 增 技 術(shù) 、 生 物 芯 片 技 術(shù) 、 分 子 納 米 技 術(shù) 在 醫(yī) 學(xué) 研 究 中 , 如 了 解 疾 病 的 發(fā) 生 發(fā) 展 機 制 、 疾 病 診 斷 和 藥 物 研 制 與 開 發(fā) 中 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 。同 時 , 在 結(jié) 構(gòu) 基 因 組 學(xué) 、 功 能 基 因 組 學(xué) 和 環(huán) 境 基 因 組 學(xué) 逢 勃 發(fā) 展 的 形 勢 下 , 分 子 生 物 醫(yī) 學(xué) 技 術(shù) 將 會 取 得 突 破 性 進 展 , 也 給 醫(yī)

4、學(xué) 帶 來 了 嶄 新 的 局 面 , 為 醫(yī) 學(xué) 事 業(yè) 的 發(fā) 展 提 供 了 新 的 機 遇 。 分 子 生 物 技 術(shù) 已 經(jīng) 成 為 現(xiàn) 代 醫(yī) 學(xué) 的 前 沿 和 熱 點 。1. 分 子 生 物 技 術(shù) 概 述分 子 生 物 技 術(shù) 也 稱 之 為 生 物 工 程 , 是 現(xiàn) 代 生 物 技 術(shù) 的 主 要 標 志 , 它 是 以 基 因 重 組 技 術(shù) 和 細 胞 融 合 技 術(shù) 為 基 礎(chǔ) , 利 用 生 物 體 (或 者 生 物 組 織 、 細 胞 及 其 組 分 的 特 性 和 功 能 , 設(shè) 計 構(gòu) 建 具 有 預(yù) 期 性 狀 的 新 物 種 或 新 品 系 , 以 及

5、與 工 程 原 理 相 結(jié) 合 進 行 生 產(chǎn) 加 工 , 為 社 會 提 供 商 品 和 服 務(wù) 的 一 個 綜 合 性 技 術(shù) 體 系 , 其 內(nèi) 容 包 括 基 因 工 程 技 術(shù) 、 細 胞 工 程 技 術(shù) 、 DNA 測 序 技 術(shù) 、 DNA 芯 片 技 術(shù) 、 酶 工 程 技 術(shù) 等 。 現(xiàn) 代 分 子 生 物 技 術(shù) 的 誕 生 以 70年 代 DNA 重 組 技 術(shù) 和 淋 巴 細 胞 雜 交 瘤 技 術(shù) 的 發(fā) 明 和 應(yīng) 用 為 標 志 , 迄 今 已 走 過 了 30多 年 的 發(fā) 展 歷 程 。 實 踐 證 明 在 解 決 人 類 面 臨 的 糧 食 、 健 康 、

6、環(huán) 境 和 能 源 等 重 大 問 題 方 面 開 辟 了 無 限 廣 闊 的 前 景 , 受 到 了 各 國 政 府 和 企 業(yè) 界 的 廣 泛 關(guān) 注 , 是 21世 紀 高 新 技 術(shù) 產(chǎn) 業(yè) 的 先 導(dǎo) 。 醫(yī) 學(xué) 領(lǐng) 域 是 分 子 生 物 技 術(shù) 最 先 登 上 的 舞 臺 , 也 是 目 前 現(xiàn) 代 分 子 生 物 技 術(shù) 應(yīng) 用 最 廣 泛 、 成 效 最 顯 著 、 發(fā) 展 最 迅 速 、 潛 力 也 最 大 的 一 個 領(lǐng) 域 。據(jù) 統(tǒng) 計 , 國 際 上 分 子 生 物 技 術(shù) 領(lǐng) 域 所 取 得 研 究 成 果 的 60%以 上 集 中 在 醫(yī) 學(xué) 領(lǐng) 域 。2. 分

7、子 生 物 技 術(shù) 在 醫(yī) 學(xué) 領(lǐng) 域 的 重 要 應(yīng) 用2.1分 子 生 物 傳 感 器 在 醫(yī) 學(xué) 中 的 應(yīng) 用分 子 生 物 傳 感 器 是 利 用 一 定 的 生 物 或 化 學(xué) 固 定 技 術(shù) , 將 生 物 識 別 元 件 (如 酶 、 抗 體 、 抗 原 、 蛋 白 、 核 酸 、 受 體 、 細 胞 、 微 生 物 、 動 植 物 組 織 固 定 在 換 能 器 上 , 當(dāng) 待 測 物 與 生 物 識 別 元 件 發(fā) 生 特 異 性 反 應(yīng) 后 , 通 過 換 能 器 將 所 產(chǎn) 生 的 反 應(yīng) 結(jié) 果 轉(zhuǎn) 變 為 可 以 輸 出 、 檢 測 的 電 信 號 和 光 信 號

8、等 , 以 此 對 待 測 物 質(zhì) 進 行 定 性 和 定 量 分 析 , 從 而 達 到 檢 測 分 析 的 目 的 。 分 子 生 物 傳 感 器 可 以 廣 泛 地 應(yīng) 用 于 對 體 液 中 的 微 量 蛋 白 、 小 分 子 有 機 物 、 核 酸 等 多 種 物 質(zhì) 的 檢 測 。 在 現(xiàn) 代 醫(yī) 學(xué) 檢 驗 中 , 這 些 項 目 是 臨 床 診 斷 和 病 情 分 析 的 重 要 依 據(jù) 。能 夠 在 體 內(nèi) 實 時 監(jiān) 控 的 生 物 傳 感 器 對 于 手 術(shù) 中 或 重 癥 監(jiān) 護 的 病 人 都 很 有 幫 助 。2.2分 子 生 物 納 米 技 術(shù) 在 基 因 診 斷

9、 中 的 應(yīng) 用基 因 診 斷 是 利 用 分 子 雜 交 及 熒 光 技 術(shù) 檢 測 DNA 片 段 , 已 經(jīng) 為 基 因 診 斷 在 臨 床 上 的 應(yīng) 用 帶 來 了 巨 大 的 發(fā) 展 前 景 。 研 究 表 明 , 利 用 納 米 技 術(shù) , 如 利 用 金 納 米 微 粒 結(jié) 合 雜 交 DNA 片 段 , 很 容 易 進 入 機 體 細 胞 核 , 并 與 核 內(nèi) 染 色 體 組 合 , 具 有 較 高 的 特 異 性 , 可 以 克 服 目 前 基 因 診 斷 所 面 臨 的 一 些 困 難 和 問 題 , 進 一 步 提 高 了 基 因 診 斷 在 實 驗 室 中 的 地

10、位 。 科 學(xué) 家 通 過 超 順 磁 性 氧 化 鐵 納 米 粒 脂 質(zhì) 體 對 肝 癌 的 研 究 , 提 高 了 直 徑 3mm 以 下 的 腫 瘤 檢 測 率 。 結(jié) 論 表 明 , 納 米 微 粒 對 腫 瘤 早 期 發(fā) 現(xiàn) 、 早 期 診 斷 具 有 重 要 意 義 。2.3分 子 生 物 技 術(shù) 在 醫(yī) 學(xué) 制 藥 中 的 應(yīng) 用分 子 生 物 技 術(shù) 發(fā) 展 的 一 個 重 要 方 向 是 醫(yī) 學(xué) 制 藥 的 研 究 與 開 發(fā) 。與 傳 統(tǒng) 的 化 學(xué) 合 成 制 藥 相 比 , 它 不 僅 具 有 針 對 性 強 、 療 效 好 、 副 作 用 較 小 的 優(yōu) 點 , 同

11、時 對 蛋 白 質(zhì) 藥 物 改 造 、 提 高 療 效 、 降 低 毒 性 、 提 高 穩(wěn) 定 性 具 有 重 要 作 用 , 并 且 能 夠 利 用 生 物 系 統(tǒng) , 將 自 然 界 中 存 在 的 含 量 極 低 的 有 效 生 物 活 性 物 質(zhì) 進 行 大 規(guī) 模 生 產(chǎn) 以 及 建 立 起 高 效 、 快 速 、 準 確 、 簡 便 的 分 子 診 斷 技 術(shù) 和 開 發(fā) 出 新 藥 , 更 重 要 的 是 可 以 預(yù) 防 和 治 療 一 些 應(yīng) 用 傳 統(tǒng) 治 療 方 法 無 法 克 服 的 疾 病 。 目 前 這 一 領(lǐng) 域 的 應(yīng) 用 主 要 包 括 以 下 幾 個 方 面

12、:生 產(chǎn) 基 因 工 程 藥 物 ; 生 產(chǎn) 發(fā) 酵 工 程 藥 物 ; 生 產(chǎn) 核 酸 類 藥 物 ; 利 用 生 物 系 統(tǒng) 加 工 天 然 藥 物 ; 從 海 洋 生 物 中 純 化 提 取 藥 物 。2.4分 子 納 米 技 術(shù) 在 基 因 療 法 中 的 應(yīng) 用基 因 治 療 是 臨 床 治 療 學(xué) 上 的 重 大 發(fā) 展 , 其 基 本 原 理 是 :質(zhì) 粒 DNA 進 入 目 的 細 胞 后 , 可 以 修 復(fù) 遺 傳 錯 誤 , 或 可 產(chǎn) 生 治 療 因 子 , 如 多 肽 、 蛋 白 質(zhì) 、 抗 原 等 , 納 米 技 術(shù) 能 使 DNA 通 過 主 動 靶 向 作 用 定

13、 位 于 細 胞 。 將 質(zhì) 粒 DNA 縮 小 到 50200nm , 帶 上 負 電 荷 進 入 到 細 胞 核 , 插 入 到 細 胞 核 DNA 的 確 切 部 位 , 起 到 對 癥 治 療 效 果 。 同 時 分 子 納 米 技 術(shù) 能 夠 快 速 有 效 地 確 定 基 因 序 列 、 基 因 和 藥 物 的 體 內(nèi) 走 向 、 傳 送 和 定 位 傳 遞 , 使 臨 床 診 斷 和 治 療 過 程 效 率 得 以 提 高 。 同 時 無 機 納 米 顆 粒 體 積 小 , 可 在 血 管 中 隨 血 液 循 環(huán) , 透 過 血 管 壁 進 入 各 個 臟 器 的 細 胞 中 ,

14、 作 為 新 型 非 病 毒 型 基 因 載 體 能 有 效 介 導(dǎo) DNA 的 轉(zhuǎn) 導(dǎo) , 并 使 其 在 細 胞 內(nèi) 高 水 平 的 表 達 , 從 而 為 基 因 表 達 、 功 能 研 究 及 基 因 治 療 提 供 了 新 的 技 術(shù) 和 手 段 。2.5分 子 生 物 芯 片 技 術(shù) 在 醫(yī) 學(xué) 檢 驗 中 的 應(yīng) 用隨 著 分 子 生 物 學(xué) 的 發(fā) 展 及 人 們 對 疾 病 過 程 的 認 識 加 深 , 傳 統(tǒng) 的 醫(yī) 學(xué) 檢 驗 技 術(shù) 已 不 能 完 全 適 應(yīng) 微 量 、 快 速 、 準 確 、 全 面 的 要 求 。 所 謂 的 生 物 芯 片 是 指 將 大 量

15、探 針 分 子 固 定 于 支 持 物 上 (通 常 支 持 物 上 的 一 個 點 代 表 一 種 分 子 探 針 , 并 與 標 記 的 樣 品 雜 交 或 反 應(yīng) , 通 過 自 動 化 儀 器 檢 測 雜 交 或 反 應(yīng) 信 號 的 強 度 而 判 斷 樣 品 中 靶 分 子 的 數(shù) 量 。 在 檢 測 病 原 菌 方 面 , 由 于 大 部 分 細 菌 、 病 毒 的 基 因 組 測 序 已 完 成 , 將 許 多 代 表 每 種 微 生 物 的 特 殊 基 因 制 成 1張 芯 片 , 通 過 反 轉(zhuǎn) 錄 可 檢 測 標 本 中 的 有 無 病 原 體 基 因 的 表 達 及 表

16、達 的 情 況 , 以 判 斷 病 人 感 染 病 原 及 感 染 的 進 程 、 宿 主 的 反 應(yīng) 。 由 于 P53抑 癌 基 因 在 多 數(shù) 腫 瘤 中 均 發(fā) 生 突 變 , 因 此 其 實 是 重 要 的 腫 瘤 診 斷 靶 基 因 。3. 分 子 生 物 技 術(shù) 在 醫(yī) 學(xué) 中 的 應(yīng) 用 前 景縱 觀 現(xiàn) 代 醫(yī) 學(xué) 分 子 生 物 技 術(shù) 及 產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 , 其 前 景 是 美 好 的 。 專 家 預(yù) 測 , 伴 隨 人 類 基 因 組 計 劃 的 進 程 , 現(xiàn) 代 生 物 技 術(shù) 將 會 使 現(xiàn) 代 醫(yī) 學(xué) 在 高 技 術(shù) 的 平 臺 基 礎(chǔ) 上 飛 速 發(fā) 展

17、, 像 當(dāng) 年 工 業(yè) 革 命 一 樣 , 使 人 類 的 生 活 發(fā) 生 根 本 性 的 變 化 。 21世 紀 是 分 子 生 物 學(xué) 繼 續(xù) 發(fā) 展 的 階 段 , 還 有 不 少 技 術(shù) 熱 點 正 在 成 熟 , 如 用 轉(zhuǎn) 基 因 動 植 物 來 生 產(chǎn) 生 物 工 程 產(chǎn) 品 ; 基 于 基 因 芯 片 技 術(shù) 中 縮 微 芯 片 實 驗 室 等 ; 隨 著 分 子 生 物 技 術(shù) 研 究 的 不 斷 進 步 和 應(yīng) 用 , 隨 著 多 學(xué) 科 交 叉 大 科 學(xué) 時 代 的 到 來 , 分 子 生 物 技 術(shù) 將 日 臻 完 善 ?？?以 預(yù) 見 , 在 未 來 的 幾 年 或 幾 十 年