我還記得去年在看可穿戴健康設(shè)備的時候，心中突發(fā)奇想，「現(xiàn)在都有監(jiān)測心率、運動狀態(tài)和血糖水平的可穿戴設(shè)備了，要是人體的基因突變狀況可以連續(xù)實時監(jiān)測的話，那該有多好哇�！挂晕矣邢薜闹巧�，我能想到的應(yīng)用包括，癌癥的早期篩查和治療后監(jiān)測。要是真可以這樣的話，患者可以時刻掌握自己的健康狀態(tài)。那真是妙不可言。

當(dāng)然，我一直覺得那僅僅是個美好的幻想而已。沒想到，竟讓加州大學(xué)圣迭戈分校的Ratnesh Lal團(tuán)隊實現(xiàn)了�？茖W(xué)家們用他們的研究論文再一次給我上了一課：「夢想還是要有的，萬一實現(xiàn)了呢！」6月13日，Lal團(tuán)隊的研究成果刊登在《美國科學(xué)院學(xué)報》上(1)。

Ratnesh Lal教授

實際上Lal研發(fā)的這個設(shè)備檢測的內(nèi)容跟23andMe一樣，都是檢測人體特定的基因突變位點（SNPs）。盡管目前科學(xué)家對大部分的SNPs的作用還不是很清楚，但是科學(xué)家也已經(jīng)找到了跟癌癥、糖尿病、心臟疾病、神經(jīng)性疾病、自體免疫和炎性疾病等有關(guān)的特殊SNPs。Lal教授就是研發(fā)了一款可以實時檢測跟疾病相關(guān)SNPs的可植入芯片。

這款芯片的結(jié)構(gòu)也很簡單，就是將可以找到特殊SNP的探針固定到石墨烯場效應(yīng)晶體管（field-effect transistor，F(xiàn)ET）上，一旦跟疾病有關(guān)的特定SNP出現(xiàn)，探針就會捕獲它們，電信號就在這一瞬間產(chǎn)生了。然后芯片會把信號發(fā)送到手機(jī)上，提醒用戶體內(nèi)出現(xiàn)跟疾病相關(guān)的基因突變了。這個時候，我們就該放下手中的活，去醫(yī)院做進(jìn)一步的檢查了。

僅從原理上看，這個設(shè)備除了在將來會具備實時監(jiān)測并發(fā)送信號的功能之外，與傳統(tǒng)的DNA芯片似乎沒有太大區(qū)別。實際上，這個設(shè)備遠(yuǎn)沒有這么簡單，它的功夫全體現(xiàn)在細(xì)節(jié)上。細(xì)細(xì)數(shù)來，它具備現(xiàn)在SNPs檢測設(shè)備不具備的三大優(yōu)勢。

首先，與傳統(tǒng)DNA芯片的單鏈探針不同，Lal教授研發(fā)的這款芯片是雙鏈探針，只是在探針和芯片的連接處，有一段兒是單鏈。那些人就要問了，這雙鏈探針怎么捕捉游離的DNA��？Lal教授對這個特殊的探針做了改造，那條固定在石墨烯場效應(yīng)晶體管上的鏈?zhǔn)钦�常的鏈，可以捕獲攜帶特殊SNP的DNA片段；探針上另一條鏈較短，而且經(jīng)過改造，與正常鏈結(jié)合的比較松，當(dāng)攜帶特殊SNP的DNA片段從下面開始跟探針結(jié)合的時候，那個短鏈就會自動脫落。據(jù)Lal教授介紹，這種設(shè)計可以大大地避免探針抓錯對象，大幅提高檢測的準(zhǔn)確性。

長度為47nt的雙鏈探針，靠近石墨烯場效應(yīng)晶體管的部分有7nt單鏈。后面是目標(biāo)基因片段結(jié)合探針的過程

其次，將探針連接到石墨烯場效應(yīng)晶體管上這一設(shè)計，將探針捕捉攜帶特殊SNP的DNA片段這一過程，成功的轉(zhuǎn)換成電信號。這可是DNA動力學(xué)與高分辨率電信號有史以來第一次結(jié)合在一起。就是這個結(jié)合創(chuàng)造了奇跡，促使利用手機(jī)監(jiān)測體內(nèi)特定基因突變成為可能。

最后，雙鏈探針還有個巨大的好處。就是可以把探針設(shè)計的很長。學(xué)過生物的都知道，探針越長，檢測的結(jié)果越準(zhǔn)確。前段時間韓春雨老師發(fā)現(xiàn)的NgAgo基因編輯技術(shù)，就是因為引導(dǎo)部分比CRISPR長了一點，準(zhǔn)確性就一下子提高了上千倍。因為Lal教授使用的是雙鏈探針，所以探針本身不會結(jié)合，這樣探針的長度就可以大大地延長。據(jù)Lal教授論文報道，他們用過47個堿基的探針，這可是檢測SNPs歷史上最長的探針了。毋庸置疑，這個芯片的準(zhǔn)確性又大大提高了。

靶向DNA片段結(jié)合前（左），靶向DNA片段結(jié)合后（右）

本研究論文的共同第一作者Preston Landon表示，當(dāng)前檢測SNPs需要復(fù)雜的設(shè)備，而且過程相對較慢，費用較高。他們研發(fā)的這個芯片相對簡單、快速、價格低廉，更厲害之處在于，可以配合手機(jī)一起使用，實時監(jiān)測體內(nèi)特殊基因突變情況。

據(jù)Lal教授介紹，目前他們的研究還處于早期階段，但是他們已經(jīng)向基因突變實時監(jiān)測，并將突變狀況發(fā)送到手機(jī)上邁出了第一步。接下來他們會進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)，并給芯片添加無線連接和傳輸功能。時機(jī)成熟，他們會將芯片帶入臨床，并開展液體活檢試驗。Lal教授認(rèn)為，他們的這項技術(shù)將引領(lǐng)新一代檢測和精準(zhǔn)治療方法。

從這款設(shè)備的技術(shù)原理來看，這一發(fā)明的確足夠激動人心。尤其是在癌癥的早發(fā)現(xiàn)和治療后監(jiān)測上，可以給我們帶來無限的想象空間。而且一旦這項技術(shù)成熟，也會促進(jìn)癌癥的相關(guān)基礎(chǔ)研究，尤其是在腫瘤的進(jìn)化上。但是從目前來看，它也有一些缺陷。最主要的應(yīng)該就是可同時監(jiān)測的位點少。另外一個大問題就是基礎(chǔ)研究目前還沒有跟上，還沒有辦法直接證明基因突變可以預(yù)測發(fā)病的風(fēng)險。這也是23andMe和FDA鬧別扭的原因所在。

但是無論如何，我對這個技術(shù)還是非�？春�。看看目前液體活檢的發(fā)展趨勢就知道了。6月1日，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了羅氏的非小細(xì)胞肺癌EGFR基因突變檢測技術(shù)，這是FDA批準(zhǔn)的第一個液體活檢產(chǎn)品，這就意味著羅氏成為第一個可以使用液體活檢診斷癌癥的公司。另外，6月4日，位于加州的創(chuàng)業(yè)公司Guardant Health在剛剛閉幕不久的美國臨床腫瘤學(xué)會2016年年會上發(fā)布了振奮人心的研究數(shù)據(jù)，表明液體活檢有取代組織活檢的實力。

這些都表明，基因突變與癌癥之間的關(guān)系正在逐漸確立。我們有理由相信，可植入基因突變實時檢測設(shè)備遲早會走進(jìn)我們的生活。