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【佳學(xué)基因檢測】分子診斷與基因檢測中的數(shù)字PCR技術(shù)

數(shù)字PCR是PCR技術(shù)發(fā)展過程中的第三代聚合物酶鏈擴(kuò)增技術(shù)。數(shù)字?jǐn)U增技術(shù)常寫為DigitalPCR, dPCR, Dig-PCR。雖然其基本原理仍然是1993年化學(xué)獎(jiǎng)得主美國生物化學(xué)家穆利斯發(fā)現(xiàn)的,但是佳學(xué)基因通過終點(diǎn)檢測計(jì)算目標(biāo)序列的拷貝數(shù),無需采用內(nèi)參和標(biāo)準(zhǔn)曲線即可進(jìn)行正確的先進(jìn)定量檢測。

佳學(xué)基因檢測】分子診斷與基因檢測中的數(shù)字PCR技術(shù)


數(shù)字PCR是PCR技術(shù)發(fā)展過程中的第三代聚合物酶鏈擴(kuò)增技術(shù)。數(shù)字?jǐn)U增技術(shù)常寫為DigitalPCR, dPCR, Dig-PCR。雖然其基本原理仍然是1993年化學(xué)獎(jiǎng)得主美國生物化學(xué)家穆利斯發(fā)現(xiàn)的,但是佳學(xué)基因通過終點(diǎn)檢測計(jì)算目標(biāo)序列的拷貝數(shù),無需采用內(nèi)參和標(biāo)準(zhǔn)曲線即可進(jìn)行正確的先進(jìn)定量檢測。

數(shù)字PCR采用終點(diǎn)檢測,不依賴于Ct值(循環(huán)閾值),所以數(shù)字PCR反應(yīng)受擴(kuò)增效率的影響降低,對PCR反應(yīng)抑制物的耐受能力提高,具有很高的正確度和重現(xiàn)性。

由于具備高靈敏度、高正確度的特點(diǎn),基因檢測不易被PCR反應(yīng)抑制劑干擾,無需標(biāo)準(zhǔn)品可實(shí)現(xiàn)真正意義的先進(jìn)定量,而成為研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。

根據(jù)反應(yīng)單元的不同形式,主要可分為微流體式、芯片式和微滴式三大類系統(tǒng)。

1)微流體數(shù)字PCR,Microfluidic digital PCR,mdPCR。

基于微流控技術(shù),對分子診斷DNA模板進(jìn)行分液,微流控技術(shù)能實(shí)現(xiàn)樣品納升級或更小液滴的生成,但液滴需要特殊吸附方式再與PCR反應(yīng)體系結(jié)合,mdPCR已逐漸被其他方式取代。

2)微滴數(shù)字PCR,Droplet-based digital PCR,ddPCR。

利用油包水微滴生成技術(shù)對分子診斷樣品進(jìn)行微滴化處理,將含有核酸分子的反應(yīng)體系分成成千上萬個(gè)納升級的微滴,其中每個(gè)微滴或不含待檢核酸靶分子,或者含有一個(gè)至數(shù)個(gè)待檢核酸靶分子。

以伯樂的ddPCR為例,主要包括三個(gè)步驟:

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    第一,準(zhǔn)備樣本和生成微滴,如下圖,8x3的微孔板,一排加樣本,一排加油滴,通過微滴生成器每個(gè)樣本生成20000個(gè)微滴。

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    第二,進(jìn)行“油包水”PCR,把微孔板放入PCR擴(kuò)增儀,對每個(gè)微滴進(jìn)行40個(gè)熱循環(huán)的PCR反應(yīng)。

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    第三,讀取微滴結(jié)果,把微孔板放入讀取儀,通過流式細(xì)胞技術(shù)獲取每個(gè)微滴PCR終點(diǎn)結(jié)果的熒光信號,并用泊松分布原理糾正結(jié)果。

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Bio-rad去年上市的Bio-Rad QX ONE數(shù)字PCR系統(tǒng)整合了微滴生成、熱循環(huán)反應(yīng)及微滴讀取等步驟,賊大程度減少人工操作。

配備四個(gè)獨(dú)立的熒光檢測通道,結(jié)合ddPCR特有的高階多重PCR技術(shù),可以在單反應(yīng)孔中實(shí)現(xiàn)8重拷貝數(shù)變異(CNV)檢測、5重突變檢測或4重基因表達(dá)檢測。

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3)芯片數(shù)字PCR,Chip-based digital PCR,cdPCR。

利用集成流體通路技術(shù)在硅片或石英玻璃上刻上許多微管和微腔體,通過不同的控制閥門控制溶液在其中的流動,將樣本液體分成大小一致的納升級于反應(yīng)孔種進(jìn)行數(shù)字PCR反應(yīng),實(shí)現(xiàn)基因檢測對特定基因序列的先進(jìn)定量。

以法國Stilla technologies 公司的cdPCR技術(shù)為例,主要包括以下步驟:

    第一,加樣和生成微滴:將樣本和PCR反應(yīng)液加入微流控芯片,放入儀器中,儀器可通過物理方法生成單層平鋪的20000~30000個(gè)微滴陣列。

    第二,對每個(gè)微滴進(jìn)行PCR擴(kuò)增:在Naica Geode微滴生成擴(kuò)增系統(tǒng)自動進(jìn)行PCR擴(kuò)增。

 

 

 

    第三,讀取和分析結(jié)果:將芯片置于Prism微滴讀取分析系統(tǒng)上進(jìn)行熒光信號采集,計(jì)數(shù)陰陽性微滴,通過泊松分布計(jì)算獲得靶標(biāo)基因先進(jìn)拷貝數(shù)濃度。

 

 

 

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總結(jié)一下,將分子診斷基因檢測樣本和PCR反應(yīng)液加入微流控芯片,放入儀器中,通過物理方法生成單層平鋪的微滴陣列,隨后對每個(gè)微滴進(jìn)行擴(kuò)增,然后進(jìn)行六通道熒光信號采集,計(jì)數(shù)陰陽性微滴,通過泊松分布計(jì)算獲得靶標(biāo)基因先進(jìn)拷貝數(shù)濃度。

 

 

 

第三代PCR主要缺點(diǎn):

 

 

 

儀器和試劑昂貴。

 

 

 

采用這種分子診斷技術(shù)模板質(zhì)量要求較高,模板量超過微體系量將導(dǎo)致無法定量,過少則定量基因檢測正確度降低。

 

 

 

當(dāng)存在非特異性擴(kuò)增時(shí)也會產(chǎn)生假陽性。

(責(zé)任編輯:佳學(xué)基因)
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