基因芯片在生物醫藥研發領域上的應用

基因芯片技術也稱DNA微陣列，是生物芯片的一種，集成了微電子制造技術、激光掃描技術、分子生物學、物理和化學等先進技術，是生命科學領域里興起的一項高新技術。基因芯片在藥物研發領域中可以進行藥物的作用機制和毒理學研究、篩選新藥和檢測基因表達等應用。美迪西是一家臨床前CRO公司，在上海建立了一家集化合物合成、化合物活性篩選、結構生物學、藥效學評價、藥代動力學評價、毒理學評價、制劑研究和新藥注冊為一體的符合國際標準的綜合技術服務平臺，并得到了國際藥品管理部門的認可。

1、進行藥物的作用機制和毒理學研究

藥物的毒性檢測和安全性評價是新藥研究開發的重要前提，也是藥物質量的可控性、安全性、有效性的主要標志。基因芯片技術可以在很寬的劑量范圍內分析基因表達的改變，找出與藥物毒性最相關和最敏感的基因，與適當的危險性評價模型相結合就可用于確定藥物的最小有效劑量、最大中毒劑量、安全給藥范圍等重要藥理學參數，使藥物的毒理研究更簡單、更方便。

目前，明確藥物的毒性作用機制已經成為新藥風險評估的一個主要部分。由于外源化合物對生物體的作用主要反應在對生物基因的表達上，因此通過檢測細胞或組織中基因表達的改變，可以更好的了解毒物的潛在作用機制。目前，國際上已經有一些研究部門在研制適合于毒理學研究的基因芯片，并使之商品化。基因芯片是一種潛在的研究藥物作用機制的有效工具，它通過檢測藥物作用對生物體內基因表達水平的影響，從整個生物體系的層次上，研究藥物對基因調控和表達網絡的影響，從而獲得藥物的分子機制和藥物對不同生物途徑的作用。

2、篩選新藥

在篩選新藥上面，采用基因芯片技術，可以大大加快人類基因組計劃的工作進度，例如用于基因測序、基因表達檢測和新的遺傳標志如SNP定位等，這對尋找新的功能基因、尋找新的藥物作用靶點和開發新的基因藥物具有重要意義。采用基因芯片可以進行超乎以前想象的工作量來檢測不同物種、不同組織、不同病種、不同處理條件下的基因表達改變，從而知道開發具有不同用途的的診斷試劑盒。

新藥在實驗階段必須通過人體安全性實驗，就必須觀察藥物對人基因表達的影響，由于并不知道藥物對那一種基因起作用，就必須對已知所有或一定范圍內的基因表達都進行檢測，采用基因芯片可以迅速而準確地完成這一任務。

3、檢測基因表達

采用基因芯片檢測基因表達的改變能夠節省大量的人力物力和財力，在以前，科學家不得不重復大量的實驗來觀察多個基因的改變情況，如果采用傳統的方法研究細胞中的上千個基因的改變幾乎是不可想象的，因為必須提取首先提取細胞的核酸，而且要足夠多以滿足Northern雜交的需要，然后標記每一種探針，再分別進行雜交檢測。

而采用基因芯片則可以使工作量成千上萬倍地減少，利用基因芯片同時檢測了酵母菌中6000個基因的功能，而斯坦福大學Patrick Brown領導的科研小組則成果地檢測了人成纖維細胞中8600個基因的表達改變。基因芯片還可用于基因測序，目前美國人類基因組計劃正在大力發展這一技術爭取能替代目前的自動測序，同現有的手工測序和自動測序相比，基因芯片測序能節省大量的試劑和儀器損耗。在基因表達檢測的研究上人們已比較成功地對多種生物包括擬南芥、酵母及人的基因組表達情況進行了研究。

實踐證明基因芯片技術也可用于核酸突變的檢測及基因組多態性的分析，與常規測序結果一致性達到98%等的突變檢測，對人類基因組單核苷酸多態性的鑒定、作圖和分型、人線粒體基因組多態性的研究等。將生物傳感器與芯片技術相結合，通過改變探針陣列區域的電場強度已經證明可以檢測到基因的單堿基突變，通過確定重疊克隆的次序從而對酵母基因組進行作圖。

雜交測序是基因芯片技術的另一重要應用。該測序技術理論上不失為一種高效可行的測序方法，但需通過大量重疊序列探針與目的分子的雜交方可推導出目的核酸分子的序列，所以需要制作大量的探針。基因芯片技術可以比較容易地合成并固定大量核酸分子，所以它的問世無疑為雜交測序提供了實踐的可能性。

目前已有不少醫藥研發公司利用基因芯片技術來尋找藥物靶標，查檢藥物的毒性或副作用，進行藥物的篩選等，其在藥物研究領域具有廣泛的應用前景。通過基因芯片篩選藥物和新藥開發具有的巨大優勢決定它將成為本世紀藥物研究的趨勢。