
數(shù)字PCR是一種新的核酸檢測和定量方法,借助微液滴或微坑,通過單個模板分子的PCR擴(kuò)增,可實現(xiàn)不依賴于標(biāo)準(zhǔn)曲線和參照樣本的準(zhǔn)確、絕對定量。數(shù)字PCR使得反應(yīng)更靈敏、結(jié)果更可靠、展示更直觀,尤其適用于微量或痕量DNA檢測與定量。下面我們就目前已經(jīng)比較明確的數(shù)字PCR應(yīng)用方向做個介紹。
基因表達(dá)差異研究
數(shù)字PCR可以提供比實時熒光定量PCR更精確的基因差異表達(dá)研究,尤其對于那些靶基因表達(dá)差異微小的情況,如:mRNA、microRNA、lncRNAs等的表達(dá)分析;等位基因的不平衡表達(dá);單細(xì)胞基因表達(dá)分析;外泌體核酸分子定量分析等。
拷貝數(shù)變異(CNV)研究
數(shù)字PCR直接讀取陽性信號,通過泊松分布校正得到目標(biāo)基因的絕對拷貝數(shù),為拷貝數(shù)變異的研究提供了絕對的檢測精度。采用數(shù)字PCR能夠有效對二代測序(NGS)和微陣列比較基因組雜交(aCGH)等實驗結(jié)果進(jìn)行驗證,并具有檢測周期短、成本低、樣本通量高等特點。
低豐度DNA模板分子的精確定量
由于絕大部分微液滴中只含單個或不含模板分子,使得低豐度DNA模板分子的擴(kuò)增不受高豐度模板分子擴(kuò)增的競爭抑制:與此同時,樣品中可能存在的抑制劑也在分配到微液滴的過程中進(jìn)行了相對稀釋,作用于單個微液滴內(nèi)模板擴(kuò)增的抑制劑數(shù)量大幅降低,從而提高PCR擴(kuò)增對抑制劑的耐受程度,因此可應(yīng)用于諸多臨床樣品(如血液、尿液、糞便、痰液、胸腹水、腦脊液等)中痕量核酸標(biāo)記物的檢測。一般而言,定量PCR的檢測靈敏度約在1%,NGS的靈敏度可達(dá)到1%,而數(shù)字PCR的檢測下限可輕松實現(xiàn)0.01%。
甲基化含量鑒定
傳統(tǒng)的亞硫酸氫鹽處理后的克隆測序法、抗體檢測法、定量PCR檢測法等受限于方法學(xué)的問題,不能獲得甲基化程度的精確定量,而數(shù)字PCR系統(tǒng)通過對樣品的微液滴處理及目標(biāo)分子的絕對拷貝數(shù)定量,為甲基化程度的精確定量檢測提供了一種可靠的技術(shù)。
二代測序輔助建庫
目前靶向測序建庫方法包括擴(kuò)增子方法,在均相溶液中,當(dāng)擴(kuò)增引物增加時,由于擴(kuò)增引物之間的相互作用,從而影響擴(kuò)增的效率;如果將其分散到大量微液滴中擴(kuò)增,將可大大降低引物間相互作用,提高擴(kuò)增效率。同時還可以實現(xiàn)對于少量模板的有效擴(kuò)增,得到更多的有效測序數(shù)據(jù)。
CRISPR-Cas9基因編輯結(jié)果驗證
CRISPR-Cas9技術(shù)的發(fā)明,是基因編輯技術(shù)的一大突破,但如何驗證實驗是否成功,仍需要高靈敏度的檢測方法,數(shù)字PCR技術(shù)可以滿足這一需求。Broad研究所張鋒團(tuán)隊發(fā)明了以CRISPR為基礎(chǔ)的SHERLOCK技術(shù)可以對核酸進(jìn)行高靈敏度的定性檢測,但精確定量評估時仍采取了數(shù)字PCR進(jìn)行確認(rèn)。
腫瘤治療的伴隨診斷
常用體液來源(如血液,胸腹水,唾液及尿液等)的待檢標(biāo)本中的DNA,有正常脫落體細(xì)胞和病變脫落細(xì)胞兩種來源,前者的量遠(yuǎn)大于后者。通過微液滴處理能在每個微液滴中有效減少正常體細(xì)胞DNA的干擾,實現(xiàn)腫瘤標(biāo)記物的有效檢測,如EGFR,ALK,ROS1,KRAS、BRAF等基因的突變檢測、乳腺癌/胃癌的HER2基因擴(kuò)增檢測等,應(yīng)用于腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的伴隨診斷。
腫瘤治療的實時監(jiān)控
已有數(shù)篇文章報道了使用數(shù)字PCR技術(shù)對患者治療過程中的循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)進(jìn)行檢測,實時監(jiān)控疾病進(jìn)展。在非小細(xì)胞肺癌、乳腺癌和腸癌等多種腫瘤患者中都取得了令人鼓舞的結(jié)果。與影像學(xué)及其他常規(guī)指標(biāo)相比,ctDNA突變及豐度改變通常會提前數(shù)月出現(xiàn),這樣就可以提醒醫(yī)生及時調(diào)整治療方案,使患者得到更有效的治療。
無創(chuàng)產(chǎn)前篩查
唐氏綜合征、地中海貧血或胎兒遺傳性耳聾基因檢測等,目前無創(chuàng)檢測標(biāo)本來源主要為孕婦血液,檢測胎兒DNA會受到母體DNA的干擾,依靠數(shù)字PCR可提高檢測準(zhǔn)確性。對比NGS,數(shù)字PCR技術(shù)可以提高工作效率、降低檢測成本。
微生物(病毒、細(xì)菌等)的檢測
疾病預(yù)防控制中心、出入境檢驗檢疫局系統(tǒng)的實驗室可以將基于TaqMan探針法的定量PCR體系無縫地轉(zhuǎn)移到數(shù)字PCR上,從而滿足該類實驗室對于檢測結(jié)果的要求:靈敏度更高、重復(fù)性更好、無需依賴標(biāo)準(zhǔn)曲線的絕對定量結(jié)果。
其他應(yīng)用
數(shù)字PCR還可以用于轉(zhuǎn)基因成分的檢測、移植排斥監(jiān)控、腸道菌群分析以及藥物基因組檢測等領(lǐng)域。
隨著數(shù)字PCR熒光通道的增加和多指標(biāo)檢測的成熟,數(shù)字PCR將會進(jìn)入更多應(yīng)用領(lǐng)域,有力推動生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)診斷、檢驗檢疫、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的快速發(fā)展。
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