生物醫療的“芯”時代

蘇曉娟++賈巖++劉清

“中國每年90萬例新生兒缺陷，如果全部佩戴電子設備治療大致需要8萬億人民幣，這個數字是去年我們全國醫療衛生支出總和的兩倍多，顯然并不現實——生物芯片現在要解決的問題就是，雖然我們管不了過去，但可以管好自己的未來。”5月31日，中國工程院院士、生物芯片北京國家工程研究中心主任在“讓未來發生——第一財經技術與創新大會”現場向臺下的觀眾介紹。

自20世紀90年代后期開始正式在中國發端的生物芯片技術，又稱蛋白芯片或基因芯片，起源于DNA雜交探針技術與半導體工業技術的結合，通過大量探針分子固定于支持物上后與帶熒光標記的DNA或其他樣品分子（例如蛋白，因子或小分子）進行雜交，檢測每個探針分子的雜交信號強度，進而獲取樣品分子的數量和序列信息。

而通向未來的“時光機”正在這一領域成為現實。

出生殘缺的“芯”療法

公開資料顯示，作為人口大國，我國是出生缺陷高發國家，在“單獨兩孩”政策實施前，我國平均每年有90萬的新生兒有缺陷性疾病，即使在醫療條件最好的北京市，戶籍和常住人口新生兒出生缺陷率也已經從1996年的千分之五上升到了2012年的千分之二十，增幅接近300%。

與此同時，我國每年因神經管畸形造成的直接經濟損失超過2億元，先天愚鈍的治療費超過20億元，先天性心臟病的治療費高達120億元，給家庭造成了巨大的心理負擔和精神痛苦。

2016年，全國二孩政策在各地落地，目標人群中40歲以上女性過半，孕婦年齡的增大將極大提高染色體異常等風險發生，出生缺陷防治也面臨更多的挑戰。

關于耳聾，可能很多人覺得事不關己。在傳統觀念里，好像只有聽力殘疾人才會生下聾兒。其實，社會上90%的聾兒是由正常人結合而生下的。更有甚者，很多人不會知道，有些小孩會因為被打了一針或一巴掌后，就再也聽不見了，還是終生聽不見那種。

中國現有聽力障礙者2054萬，其中0～6歲的兒童超過80萬人。60%以上的聽力障礙者是因為遺傳因素導致，而正常人中也有約5%的耳聾基因攜帶率，這是造成后天聾兒和生育下一代聾兒的主要原因。

目前國內已經研制出遺傳性耳聾基因檢測芯片，它能夠檢測先天性耳聾、藥物性耳聾、大前庭導水管綜合征相關的耳聾基因位點。現已推廣到全國包括臺灣在內的30個省市。聽起來是不是有點不可思議，小小的芯片能夠造福這么多人。實際上，生物醫療因微納制造已經迎來“芯”時代，它正創造著下一個醫療技術奇跡，原本需要實驗室多個試管來做的反應實驗，一張芯片就搞定了！

“千手觀音的20位演員中，18位都是因為用藥不當導致的耳聾，事實上，這類‘一針致聾，‘一藥致聾的潛在患者廣泛存在，而通過一個簡單的遺傳檢測就可以完全避免。”程京院士表示。

按照他的介紹，這種綜合了4個基因中的9個突變位點（覆蓋80%遺傳耳聾）的檢測，只需要5個小時就能夠發現這些攜帶“一針致聾”的孩子——在301醫院、協和醫院和吉大第一醫院的1088例臨床樣本的對照實驗發現，芯片與測序法符合率100%。

2009年，世界上第一張遺傳性耳聾基因檢測芯片在程京院士領銜的總部位于北京的博奧生物問世；2012年4月，北京在全國率先開展了全市新生兒遺傳耳聾基因篩查工作，成為全世界第一個實現新生兒耳聾基因篩查的城市，16個區20839位持證聽力殘疾者接受了耳聾基因篩查，共有2899人因檢測出攜帶致聾基因突變而初步確定或疑為遺傳性聾或藥物性聾，平均突變檢出率高達13.92%；隨后，成都、鄭州、福州、太原等近20個省市相繼展開，受益新生兒數量已達130多萬。

截至2016年5月20日的最新數據顯示，全國檢測地區檢測總量143萬，其中藥物突變2.5‰，而如果全國統一實施新生兒篩查，每年可以直接避免至少5萬名新生兒因為藥物致聾，可間接使50萬家庭成員免于藥物致聾。

神奇的芯片“預知未來”

兩千多年前，中國最早的醫學典籍《黃帝內經》就曾提出“上醫治未病、中醫治欲病、下醫治已病”的醫學觀，即面對疾病，最有效的解決方案是“防患于未然”！也就是說，及早地發現你未來有患哪種疾病的風險，從而提前干預，能最大程度地降低風險。

面對這種類似“預知未來”的問題，生物芯片也大有用武之地。國內研發的愛身譜基因檢測芯片，就是一種專門針對中國人群設計開發的疾病風險評估產品，能夠幫助我們找到基因中影響健康的隱患，從而指導醫生為病人提供個性化的健康管理方案及遺傳咨詢服務，提前規避致病的危險因素，預防疾病的發生。

現在，國內的這種生物芯片產品，已可以檢測出13大類、140余種疾病（其中男士140項、女士146項），涵蓋中國人群常見的慢性復雜性疾病，如腫瘤疾病、心腦血管疾病、呼吸系統疾病、消化系統疾病、血液系統疾病等。

程京院士曾經觀測的一個患者，在發熱、咳嗽、腹瀉9天，高燒1天后，被醫院診斷為重癥肺炎，醫生給出的治療方案是泰能聯合萬古霉素聯合治療5天，但每天1448元的費用并沒有改善患者的狀況，通過芯片檢測結果顯示，患者其實感染的是噬肺軍團菌，根據這一結果更換了最簡單的紅霉素，每天治療費用不足10元，患者迅速好轉出院。

而在目前最困擾中國人的心腦血管疾病個性化治療方面，程京的科研團隊與中國醫學科學院阜外心血管病醫院合作開發的抗栓治療個體化用藥基因檢測芯片，可以幫助醫生合理決定是否選擇華法林、氯吡格雷這兩個一線治療血栓藥物，因人而異地定制用藥劑量，提高治愈率。

這是現在和未來生物芯片技術與普通人接觸的最平常的場面——個體化用藥治療、發現基因中潛藏的“地雷”、發掘最適合每個人的腸道菌群結構，甚至發現那些不足以構成過敏，又讓你脹氣、胃酸、睡眠不良的種種“不耐受”因素。

2016年3月，內蒙古巴彥淖爾市臨河區的一名2歲男童，因咳嗽久治不愈，病情不斷加重，被轉入了ICU病房，且已被下達了病危通知書。情況緊急，但院方苦于傳統的檢測手段一直未找出該男童感染的是何種致病菌？

當院方嘗試用微流控碟式芯片做呼吸道病原菌核酸檢測后，該名男童呼吸困難的罪魁禍首——嗜肺軍團菌等細菌終于被精準地檢測出來。這次的救治，生物芯片立了大功，為醫生快速制定準確的治療方案提供了重要依據。

目前，以DNA芯片為代表的生物芯片技術，其理論研究與實際應用在國內外已迅速開花結果，生物醫療也將邁入微納“芯”時代！