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香港大學和倫敦帝國學院共同開發首個基於核酸適配體的荷爾蒙脈衝自動檢測平台有助提升生殖障礙診斷水準

2019年02月21日

荷爾蒙脈衝式釋放狀態在血流中的改變,是導致許多生殖障礙包括多囊卵巢綜合症與下丘腦性閉經等發生的原因。這些生殖障礙在育齡女性中十分常見,如多囊卵巢綜合症患者佔育齡女性約5-7%。生殖障礙常常伴隨著多種併發症,如不孕不育、代謝綜合症與抑鬱等。目前,只通過對荷爾蒙的單次檢測無法讓醫生瞭解病人在一段時間內荷爾蒙的脈衝式釋放狀態,難以對由荷爾蒙變化所引致的生殖障礙進行快速診斷。

香港大學李嘉誠醫學院(港大醫學院)與倫敦帝國學院合作開發了首個全新的自動檢測平台,以檢測生殖障礙病人的荷爾蒙脈衝式釋放狀態。這項嶄新的平台技術可望於將來廣泛地應用在不同的診斷情況上。本研究剛發表在國際頂尖跨學科學術雜誌《自然-通訊》。(按此瀏覽期刊文章)

港大醫學院生物醫學學院副教授Dr Julian Tanner為本項研究的主要研究員之一,他表示:「對生殖障礙導致不孕不育的診斷,長久以來都是一項挑戰。我們的研究提供了一種創新的生物醫學技術,通過對荷爾蒙或者其他生物分子在樣品中濃度的重複、甚至是連續性的檢測,以發展醫學診斷的潛力。」

研究結果

研究團隊開發並應用了全新的方法來檢測一種對患有生殖障礙的病人具有重要診斷意義的荷爾蒙——黃體生成素的脈衝性狀態。首先,研究團隊研發出一段能與黃體生成素作特異性結合的單鏈DNA序列(被稱為核酸適配體),然後利用黃體生成素特異性核酸適配體,進一步開發出針對黃體生成素的電化學傳感檢測技術。由於核酸適配體與黃體生成素結合後,其自身構像會有改變,而電化學傳感檢測技術能夠把構像的改變轉變為電化學的信號,從而通過對電化學信號的測量,計算出黃體生成素在血液樣品中的濃度。團隊再把這種電化學檢測技術應用到微電極線中,並開發出一個基於開源機器移液手臂的自動化檢測平台,在同一時間檢測數以百計血液樣品。最後,團隊亦開發出一種新的數學模型(Bayesien Spectrum Analysis)來讓此平台具有在不同臨床情景中,檢測黃體生成素脈衝性狀態的能力。

本研究的重要意義在於:1)開發出一種全新的黃體生成素識別分子(核酸適配體);2)開發出一個低價、有效的自動化檢測裝置;3)開發出新的數學模型處理黃體生成素濃度資料以判斷其脈衝性狀態;4)對3種臨床上具有不同黃體生成素脈衝性狀態的病人群體(共441份血液樣品)進行了檢測平台的驗證。

本項研究首次把核酸適配體技術應用到臨床檢測設計當中。目前在臨床上常常運用抗體技術對特定生物分子進行檢測,但抗體技術很難具有重複檢測和連續性檢測的能力。基於核酸適配體的生物晶片如本研究的微電極線,在將來具有通過微針貼布或者紋身的形式植入人體進行生物分子檢測的潛力,本項研究開拓了以這種檢測形式應用到臨床分子診斷的前景。

過往的研究結果

在過去10年,港大醫學院的研究團隊一直致力於運用核酸適配體開發新型診斷技術,特別在瘧疾的Point-of-Care診斷上。2013年團隊曾經在Proceedings of the National Academy of Sciences發表過具有診斷瘧疾能力的核酸適配體;並隨後在學術雜誌上發表了多個基於此核酸適配體的Point-of-Care診斷設備的研究,包括Chemical Communications(2015年)、ACS Sensors(2016年)與Biosensors & Bioelectronics(2018年)。本項研究是團隊首次運用核酸適配體技術延伸到生殖障礙診斷的應用上。

關於研究團隊

本研究由香港大學和倫敦帝國學院共同進行。3位主要科研負責人為港大醫學院生物醫學學院副教授Dr Julian Tanner、倫敦帝國學院內分泌與調查醫學教授Professor Waljit Dhillo與倫敦帝國學院化學系教授Professor Tony Cass。本研究的第一作者為香港大學與倫敦帝國學院的聯合博士生梁紹麟博士。其他作者包括港大醫學院婦產科副教授李幸奐醫生及其他在英國University of Exeter與University of Bristol和美國Mayo Clinic 的合作研究人員。

致謝

本項研究在香港的部分獲得香港研究基金秘書處的醫療衛生研究基金(HMRF) 03142546支持。其餘研究資金來自National Institute for Health Research (NIHR) 的 Imperial Biomedical Research Centre、一項倫敦帝國學院—香港博士生獎學金以及一項NIHR 研究教授基金。

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Dr Julian Tanner(左)及梁紹麟博士解釋首個全新的自動檢測平台可以檢測生殖障礙病人的荷爾蒙脈衝式釋放狀態,展望將來這項嶄新的平台技術可廣泛地應用在不同的診斷情況上。