生物技术在医学领域的应用

2012年 5 月

生物技术在医学领域的应用

摘要：参阅大量文献资料对近年来生物技术在医学领域的研究，生物技术在医药领域中发挥着日趋重要的作用，促进了医学治疗方法与相关仪器的进步，生物芯片技术、分子生物纳米技术在制药中的重要性正在突出显现，近10多年来，一些发达国家投放大量的人、财、物力研究和开发医药领域的生物技术，已取得新的进展，其中生物技术制药、基因治疗、疾病预防、诊断及治疗等方面的开发应用最为广泛。

关键词：生物技术医学

正文：21世纪，生物技术是高技术中发展最快的领域似乎是不争的事实。分子生物技术近年来发展迅速,已成为推动分子医学发展的重要工具。生物技术在医药领域中发挥着日趋重要的作用，促进了医学治疗方法与相关仪器的进步，生物芯片技术、分子生物纳米技术在制药中的重要性正在突出显现，生物技术在医药方面的应用，必将愈来愈广泛。

以下是生物技术在医学领域的应用：

一、基因工程

基因工程是指不同生物体的脱氧核糖核酸在体外经过酶切和连接，构成重组脱氧核糖核酸分子，然后转入受体细胞，使外源基因在受体细胞中表达。人类按照这个原理，根据需要，人为地转移和重组遗传基因。基因重组是由一个脱氧核糖核酸片段掺入到另一脱氧核糖核酸分子中，这种外源基因与生物染色体的整合，使此时的外源基因伴随细胞的分裂而增殖，并在体内表达出来。

1 基因工程制药

基因工程制药开创了制药工业的新纪元，解决了过去不能生产或者不能经济生产的药物问题。现在，人类已经可以按照需要，通过基因工程生产出大量廉价优质的新药物和诊断试剂，诸如人生长激素、人的胰岛素、尿激酶、红细胞生成素、白细胞介素、干扰素、细胞集落刺激因子、表皮生长因子等。令人振奋的是，具有高度特异性和针对性的基因工程蛋白质多肽药物的问世，不仅改变了制药工业的产品结构，而且为治疗各种疾病如糖尿病、肾衰竭、肿瘤、侏儒症等提供了有效的药物。众所周知，医治侏儒症的良药是人生长激素，倘若从人的尸体中获

取，治疗一个病人就需要600具尸体的脑下垂体才能获得足够的量；倘若运用基因工程生产，就可从每升基因工程菌液中得到2.4g。人们为此而石破天惊的兴奋!成本如此之低，又如此之高产，其巨大的经济效益和社会效益，由此可见。

2 基因工程抗病毒疫苗

为人类抵御病毒侵袭提供了用武之地。基因工程乙型肝炎疫苗、狂犬病疫苗、流行性出血热病毒疫苗、轮状病毒疫苗等应用于临床，提高了人类对各种病毒病的抵御能力。比如，乙型肝炎病毒疫苗的问世，使我国新生儿不再遭遇乙型肝炎病毒的侵袭，也降低了人群肝癌的发病率。又如，为治愈癌症正在研制的用单克隆抗体制成的“生物导弹”，就是按照人类的设计，把“生物导弹”发射出去，精确地命中癌细胞，并炸死癌细胞而不伤害健康的细胞。就单克隆细胞而言，单克隆细胞在肿癌的诊断检测、显示定位、监测病变、监测疗效等方面也有重要价值。人类还通过基因工程生产抵御各种病菌、血吸虫、虐原虫等疫苗，提高人体对各种传染病的免疫力。脱氧核糖核酸或者基因疫苗的问世，变革了机体的免疫方式。如今，人们翘首关注困扰人类的艾滋病病毒(人类免疫缺陷病毒)疫苗的早日问世。基因工程抗体技术的发展，为克服单克隆抗体生产细胞株在生产过程中的不稳定性，为生产大量高效抗病毒疫苗提供了先进的生产工艺。

3 基因工程治疗疾病

临床实践已经表明，基因治病已经变革了整个医学的预防和治疗领域。比如，不治之症——白痴病，用健康的基因更换或者矫正患者的有缺损的基因，就有可能根治这种疾病。现在已知的人类遗传疾病约有4000种，包括单基因缺陷和多基因综合征。运用基因工程技术或者基因打靶的手段，将病毒的基因杀灭，插入校正基因，得以治疗、校正和预防遗传疾病的目的。人类精心设计的基因工程操作，克服了不同个体甚至物种之间由于器官移植所产生的免疫排斥作用，实现人体之间的移植已获成功，成功的实体器官移植有肾、心、肝、胰、肺、肠，也有双器官和多器官的联合移植。而人体与动物之间的器官移植成为现实，临床应用已是指日可待的事了。脱氧核糖核酸化学合成的完善和自动化，脱氧核糖核酸扩增技术的优化，为合成基因“探针”，提高临床诊断的质量，是人类所殷切企盼的。基因治疗有两种途径，一是体细胞的基因治疗，二是生殖细胞的基因治疗。体细胞的基因治疗是将正常的遗传基因导入受精的卵细胞内，让这种遗传物质进入受精卵的基因组内，并随着受精卵分裂，分配到每一个子细胞中去，最终纠正未来个体的遗传缺陷。而生殖细胞的基因治疗是将人类设计的“目的基因”导入患有遗传病病人的生殖细胞内，此法操作技术异常复杂，又涉及伦理，缓行之理充足，故尚无人涉足。

4 基因工程诊病

运用基因手段诊病，从基因中寻找病根，旨在根治遗传性疾病和为癌症、艾滋病、白痴病之类的“不治之症”寻找新的诊断渠道。目前，聚合酶链反应的基因诊断技术是在基因水平上对人体疾病进行诊断的最新技术。从原理上说，医生只要拥有适当的工具“探针”，就可正确诊断任何一种基因疾病，而且不论该疾病基因是否产生相应的蛋白质。此法诊断已经不限于癌症的诊断，也用于产前诊断和症状前诊断。此外，用在法医上，特别是鉴定犯罪，只要在犯罪现场采到一滴血、一根毛发或者微量的唾液、精斑或者单个精子，都可为擒获犯罪提供线索。

二、基因诊断和基因体外扩增技术

1 基因诊断

基因诊断是在声明基因序列或部分基因序列的基础上,从分子水平诊断各种

疾病的病因,检测基因突变的手段。它是近代医学诊断的需要而产生的,对促进医学发展有重要意义。用核酸序列测定来判断正常与疾病基因的差别是最根本的基因诊断方法。而在临床应用中样品多,要求结果急,不很适用。因此以基因中碱基配对原理的核酸探针杂交技术和基因体外扩增技术的基因诊断手段得到发展,在过去十年中,广泛用来检测和识别临床标本中的微物。特别是许多临床微生物实验室已采用核酸扩增方法来诊断传染病、识别病原体,以及描述有抗力的抗菌基因的特性，还有分子技术最为令人兴奋的临床应用是检测和识别传染因子, 因为采用通常增长和显微方法是难以甚至不可能做到的。此外,现已证实微生物的分子特性是进行流行病研究和控制医院感染的强有力的方法。

2 核酸探针装置

核酸探针可直接检测临床标本中的病原体,识别分离后培养中的微生物。尽管有着许许多多的不同方法,但商品化产品的开发几乎毫无例外地全部集中在液相混合和非各向同性标记的探针方面。这些特有序列的探针能快速简便地识别临床标本中的病原体, 对病原体识别的灵敏度不高。大多数直接探针检测,需要每微升核酸目标至少要有1万份基因,当直接探针检测采用信号或目标扩增时,每微升中有500份基因就能作出检测,虽然探针检测已广泛应用,但其分析灵敏度不及基于目标扩增的方法如聚合酶链反映( PCR) 。

3 核酸扩增装置

采用核酸扩增诊断疾病的主要优点是这种方法能扩增在低浓度中的特定目标, 最初开发核酸扩增装置( 以PCR为主) ,保持着最为广泛的用于研究和临床实验室中的分子诊断方法。其他扩增方法,有Abbott实验室的连接酶链反应、Qrganan- Teknika 公司的基于核酸丝状体扩增、BD Bioscience公司的丝状体移置扩增及Gen- Probe 的中介转录扩增等。虽然对各种病原体作了大量的比较研究,但尚不清楚采用不同的扩增方法在所获得的检测水平之间存在着怎样的显著差异。目前认为,这些新技术中PCR法灵敏度较高。

4 分子流行病学

以往临床医学常常认可微生物病原体的实验技术特性, 但是标准的表现型方法, 如分型、生物分型和噬菌体分型等方法, 在流行病学的应用是有限的。这些方法大多数是可变的, 速度缓慢, 劳动强度大。而基于DNA 的分型方法可解决上述问题, 目前已是深受欢迎的进行流行病分型的技术。应用较广泛的分子分型方法有质粒照型、质粒和基因DNA 的限制核酸内切酶分析、采用特异DNA 探针的混合分析,以及采用脉冲场凝脉电泳或基于PCR 方法的染色体DNA造型。所有这些方法都用电场来分离DNA 碎片,全部染色体或质粒进入独特图形或图解图谱?。用溴化乙锭作染色或用核酸探针混合可见到这些图谱。一般来说, 分子分型已用来确定不同的分离菌对一次或多次试验是否给出相同的或不同的结果。与流行病相关的分离菌共用相同的DNA 图形或! 酶解图谱?。但是与非流行病或流行病无关的分离菌则具有明显不同的图形。如果取自不同病人的分离菌共用同一酶解图谱?, 那是因为它们可能源于同一细胞系, 和由同一源或同一机理从一病人传给另一病人。同样, 如果从一病人身上多次分离出来一种微生物的相同菌株, 此种微生物很可能侵染或移到病人身上, 这对研究个别病人中移居和侵染分离菌之间的关系, 辨别侵染菌株的污染情况, 了解住院病人间的传染情况, 评估正接受传染治疗的病人是再次受到传染还是病情复发, 以及密切关注抗菌抵抗株在医院中和不同医院间的传播上具有重要的临床意义。

三、疾病预防、诊断及治疗

生物技术在医药领域的应用涉及到新药开发、新诊断技术、预防措施及新的治疗技术，如单克隆抗体、基因诊断、荧光检测、基因芯片等。这些技术可以快速、灵敏、简单地诊断疾病。常用的疾病诊断方法有酶联免疫吸附检测法和DNA 诊断技术。

单克隆抗体可以用于疾病治疗，也可用于疾病诊断。如用于肿瘤治疗的生物导弹，是将治疗肿瘤的药物与抗肿瘤细胞的抗体连接在一起，利用抗体与抗原的亲和性，使药物集中于肿瘤部位以杀死肿瘤细胞，减少药物对正常细胞的毒副作用。单克隆抗体更多地是用于疾病的诊断和治疗效果的评价。再有，基因芯片技术可用于包括遗传性疾病、传染性疾病及肿瘤等疾病的诊断、DNA序列分析、药物筛选、基因表达水平的测定等领域。这些都为改善人类健康和提高生命质量起到一定的促进作用。

四、应用前景

现代生物技术在医学中的应用十分广泛，纵观现代医学生物技术及产业的发展,其前景是美好的。据专家预测,伴随人类基因组计划的进程,现代生物技术将会使现代医学在高技术的平台基础上飞速发展,像当年工业革命一样,使人类

的生活发生根本性的变化。21世纪是现代生物学继续发展的阶段,还有不少技术热点正在成熟,如用转基因动植物来生产生物工程产品;基于基因芯片技术中缩微芯片实验室等;随着现代生物技术研究的不断进步和应用,随着多学科交叉大科学时代的到来,现代生物技术将日臻完善。可以预见,在未来的几年或几十年内,生物技术将改变医学的研究方式,革新医学诊断和治疗,从而进一步促进人类健康水平的提高。

参考文献：

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