生物医疗的“芯”时代

苏晓娟++贾岩++刘清

“中国每年90万例新生儿缺陷，如果全部佩戴电子设备治疗大致需要8万亿人民币，这个数字是去年我们全国医疗卫生支出总和的两倍多，显然并不现实——生物芯片现在要解决的问题就是，虽然我们管不了过去，但可以管好自己的未来。”5月31日，中国工程院院士、生物芯片北京国家工程研究中心主任在“让未来发生——第一财经技术与创新大会”现场向台下的观众介绍。

自20世纪90年代后期开始正式在中国发端的生物芯片技术，又称蛋白芯片或基因芯片，起源于DNA杂交探针技术与半导体工业技术的结合，通过大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记的DNA或其他样品分子（例如蛋白，因子或小分子）进行杂交，检测每个探针分子的杂交信号强度，进而获取样品分子的数量和序列信息。

而通向未来的“时光机”正在这一领域成为现实。

出生残缺的“芯”疗法

公开资料显示，作为人口大国，我国是出生缺陷高发国家，在“单独两孩”政策实施前，我国平均每年有90万的新生儿有缺陷性疾病，即使在医疗条件最好的北京市，户籍和常住人口新生儿出生缺陷率也已经从1996年的千分之五上升到了2012年的千分之二十，增幅接近300%。

与此同时，我国每年因神经管畸形造成的直接经济损失超过2亿元，先天愚钝的治疗费超过20亿元，先天性心脏病的治疗费高达120亿元，给家庭造成了巨大的心理负担和精神痛苦。

2016年，全国二孩政策在各地落地，目标人群中40岁以上女性过半，孕妇年龄的增大将极大提高染色体异常等风险发生，出生缺陷防治也面临更多的挑战。

关于耳聋，可能很多人觉得事不关己。在传统观念里，好像只有听力残疾人才会生下聋儿。其实，社会上90%的聋儿是由正常人结合而生下的。更有甚者，很多人不会知道，有些小孩会因为被打了一针或一巴掌后，就再也听不见了，还是终生听不见那种。

中国现有听力障碍者2054万，其中0～6岁的儿童超过80万人。60%以上的听力障碍者是因为遗传因素导致，而正常人中也有约5%的耳聋基因携带率，这是造成后天聋儿和生育下一代聋儿的主要原因。

目前国内已经研制出遗传性耳聋基因检测芯片，它能够检测先天性耳聋、药物性耳聋、大前庭导水管综合征相关的耳聋基因位点。现已推广到全国包括台湾在内的30个省市。听起来是不是有点不可思议，小小的芯片能够造福这么多人。实际上，生物医疗因微纳制造已经迎来“芯”时代，它正创造着下一个医疗技术奇迹，原本需要实验室多个试管来做的反应实验，一张芯片就搞定了！

“千手观音的20位演员中，18位都是因为用药不当导致的耳聋，事实上，这类‘一针致聋，‘一药致聋的潜在患者广泛存在，而通过一个简单的遗传检测就可以完全避免。”程京院士表示。

按照他的介绍，这种综合了4个基因中的9个突变位点（覆盖80%遗传耳聋）的检测，只需要5个小时就能够发现这些携带“一针致聋”的孩子——在301医院、协和医院和吉大第一医院的1088例临床样本的对照实验发现，芯片与测序法符合率100%。

2009年，世界上第一张遗传性耳聋基因检测芯片在程京院士领衔的总部位于北京的博奥生物问世；2012年4月，北京在全国率先开展了全市新生儿遗传耳聋基因筛查工作，成为全世界第一个实现新生儿耳聋基因筛查的城市，16个区20839位持证听力残疾者接受了耳聋基因筛查，共有2899人因检测出携带致聋基因突变而初步确定或疑为遗传性聋或药物性聋，平均突变检出率高达13.92%；随后，成都、郑州、福州、太原等近20个省市相继展开，受益新生儿数量已达130多万。

截至2016年5月20日的最新数据显示，全国检测地区检测总量143万，其中药物突变2.5‰，而如果全国统一实施新生儿筛查，每年可以直接避免至少5万名新生儿因为药物致聋，可间接使50万家庭成员免于药物致聋。

神奇的芯片“预知未来”

两千多年前，中国最早的医学典籍《黄帝内经》就曾提出“上医治未病、中医治欲病、下医治已病”的医学观，即面对疾病，最有效的解决方案是“防患于未然”！也就是说，及早地发现你未来有患哪种疾病的风险，从而提前干预，能最大程度地降低风险。

面对这种类似“预知未来”的问题，生物芯片也大有用武之地。国内研发的爱身谱基因检测芯片，就是一种专门针对中国人群设计开发的疾病风险评估产品，能够帮助我们找到基因中影响健康的隐患，从而指导医生为病人提供个性化的健康管理方案及遗传咨询服务，提前规避致病的危险因素，预防疾病的发生。

现在，国内的这种生物芯片产品，已可以检测出13大类、140余种疾病（其中男士140项、女士146项），涵盖中国人群常见的慢性复杂性疾病，如肿瘤疾病、心脑血管疾病、呼吸系统疾病、消化系统疾病、血液系统疾病等。

程京院士曾经观测的一个患者，在发热、咳嗽、腹泻9天，高烧1天后，被医院诊断为重症肺炎，医生给出的治疗方案是泰能联合万古霉素联合治疗5天，但每天1448元的费用并没有改善患者的状况，通过芯片检测结果显示，患者其实感染的是噬肺军团菌，根据这一结果更换了最简单的红霉素，每天治疗费用不足10元，患者迅速好转出院。

而在目前最困扰中国人的心脑血管疾病个性化治疗方面，程京的科研团队与中国医学科学院阜外心血管病医院合作开发的抗栓治疗个体化用药基因检测芯片，可以帮助医生合理决定是否选择华法林、氯吡格雷这两个一线治疗血栓药物，因人而异地定制用药剂量，提高治愈率。

这是现在和未来生物芯片技术与普通人接触的最平常的场面——个体化用药治疗、发现基因中潜藏的“地雷”、发掘最适合每个人的肠道菌群结构，甚至发现那些不足以构成过敏，又让你胀气、胃酸、睡眠不良的种种“不耐受”因素。

2016年3月，内蒙古巴彦淖尔市临河区的一名2岁男童，因咳嗽久治不愈，病情不断加重，被转入了ICU病房，且已被下达了病危通知书。情况紧急，但院方苦于传统的检测手段一直未找出该男童感染的是何种致病菌？

当院方尝试用微流控碟式芯片做呼吸道病原菌核酸检测后，该名男童呼吸困难的罪魁祸首——嗜肺军团菌等细菌终于被精准地检测出来。这次的救治，生物芯片立了大功，为医生快速制定准确的治疗方案提供了重要依据。

目前，以DNA芯片为代表的生物芯片技术，其理论研究与实际应用在国内外已迅速开花结果，生物医疗也将迈入微纳“芯”时代！