實(shí)際上Lal研發(fā)的這個(gè)設備檢測的內容跟23andMe一樣，都是檢測人體特定的基因突變位點(diǎn)（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(shí)時(shí)檢測跟疾病相關(guān)SNPs的可植入芯片。

　　這款芯片的結構也很簡(jiǎn)單，就是將可以找到特殊SNP的探針固定到石墨烯場(chǎng)效應晶體管（field-effecttransistor，FET）上，一旦跟疾病有關(guān)的特定SNP出現，探針就會(huì )捕獲它們，電信號就在這一瞬間產(chǎn)生了。然后芯片會(huì )把信號發(fā)送到手機上，提醒用戶(hù)體內出現跟疾病相關(guān)的基因突變了。這個(gè)時(shí)候，我們就該放下手中的活，去醫院做進(jìn)一步的檢查了。

　　僅從原理上看，這個(gè)設備除了在將來(lái)會(huì )具備實(shí)時(shí)監測并發(fā)送信號的功能之外，與傳統的DNA芯片似乎沒(méi)有太大區別。實(shí)際上，這個(gè)設備遠沒(méi)有這么簡(jiǎn)單，它的功夫全體現在細節上。細細數來(lái)，它具備現在SNPs檢測設備不具備的三大優(yōu)勢。

　　首先，與傳統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(wèn)了，這雙鏈探針怎么捕捉游離的DNA??？Lal教授對這個(gè)特殊的探針做了改造，那條固定在石墨烯場(chǎng)效應晶體管上的鏈是正常的鏈，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(guò)改造，與正常鏈結合的比較松，當攜帶特殊SNP的DNA片段從下面開(kāi)始跟探針結合的時(shí)候，那個(gè)短鏈就會(huì )自動(dòng)脫落。據Lal教授介紹，這種設計可以大大地避免探針抓錯對象，大幅提高檢測的準確性。

　　長(cháng)度為47nt的雙鏈探針，靠近石墨烯場(chǎng)效應晶體管的部分有7nt單鏈。后面是目標基因片段結合探針的過(guò)程

　　其次，將探針連接到石墨烯場(chǎng)效應晶體管上這一設計，將探針捕捉攜帶特殊SNP的DNA片段這一過(guò)程，成功的轉換成電信號。這可是DNA動(dòng)力學(xué)與高分辨率電信號有史以來(lái)第一次結合在一起。就是這個(gè)結合創(chuàng )造了奇跡，促使利用手機監測體內特定基因突變成為可能。

　　最后，雙鏈探針還有個(gè)巨大的好處。就是可以把探針設計的很長(cháng)。學(xué)過(guò)生物的都知道，探針越長(cháng)，檢測的結果越準確。前段時(shí)間韓春雨老師發(fā)現的NgAgo基因編輯技術(shù)，就是因為引導部分比CRISPR長(cháng)了一點(diǎn)，準確性就一下子提高了上千倍。因為L(cháng)al教授使用的是雙鏈探針，所以探針本身不會(huì )結合，這樣探針的長(cháng)度就可以大大地延長(cháng)。據Lal教授論文報道，他們用過(guò)47個(gè)堿基的探針，這可是檢測SNPs歷史上最長(cháng)的探針了。毋庸置疑，這個(gè)芯片的準確性又大大提高了。

　　靶向DNA片段結合前（左），靶向DNA片段結合后（右）

　　本研究論文的共同第一作者PrestonLandon表示，當前檢測SNPs需要復雜的設備，而且過(guò)程相對較慢，費用較高。他們研發(fā)的這個(gè)芯片相對簡(jiǎn)單、快速、價(jià)格低廉，更厲害之處在于，可以配合手機一起使用，實(shí)時(shí)監測體內特殊基因突變情況。

　　據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(shí)時(shí)監測，并將突變狀況發(fā)送到手機上邁出了第一步。接下來(lái)他們會(huì )進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)，并給芯片添加無(wú)線(xiàn)連接和傳輸功能。時(shí)機成熟，他們會(huì )將芯片帶入臨床，并開(kāi)展液體活檢試驗。Lal教授認為，他們的這項技術(shù)將引領(lǐng)新一代檢測和精準治療方法。

　　從這款設備的技術(shù)原理來(lái)看，這一發(fā)明的確足夠激動(dòng)人心。尤其是在癌癥的早發(fā)現和治療后監測上，可以給我們帶來(lái)無(wú)限的想象空間。而且一旦這項技術(shù)成熟，也會(huì )促進(jìn)癌癥的相關(guān)基礎研究，尤其是在腫瘤的進(jìn)化上。但是從目前來(lái)看，它也有一些缺陷。最主要的應該就是可同時(shí)監測的位點(diǎn)少。另外一個(gè)大問(wèn)題就是基礎研究目前還沒(méi)有跟上，還沒(méi)有辦法直接證明基因突變可以預測發(fā)病的風(fēng)險。這也是23andMe和FDA鬧別扭的原因所在。

　　但是無(wú)論如何，我對這個(gè)技術(shù)還是非?？春??？纯茨壳耙后w活檢的發(fā)展趨勢就知道了。6月1日，FDA批準了羅氏的非小細胞肺癌EGFR基因突變檢測技術(shù)，這是FDA批準的第一個(gè)液體活檢產(chǎn)品，這就意味著(zhù)羅氏成為第一個(gè)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GuardantHealth在剛剛閉幕不久的美國臨床腫瘤學(xué)會(huì )2016年年會(huì )上發(fā)布了振奮人心的研究數據，表明液體活檢有取代組織活檢的實(shí)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(shí)時(shí)檢測設備遲早會(huì )走進(jìn)我們的生活。