一種基因組拷貝數不穩定性的檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及醫學檢測技術領域，特別涉及一種可檢測基因組拷貝數不穩定性，進 而應用于癌癥早期診斷篩查的裝置。
【背景技術】
[0002] 癌癥是惡性腫瘤的統稱，癌細胞的特點是無限制、無止境地增生，使患者體內的營 養物質被大量消耗；癌細胞釋放出多種毒素，使人體產生一系列癥狀；癌細胞還可轉移到 全身各處生長繁殖，導致人體消瘦、無力、貧血、食欲不振、發熱，最終還可破壞組織、器官的 結構和功能，引起壞死出血合并感染，患者最終由于器官功能衰竭而死亡。
[0003] 目前針對癌癥常見的診斷方式，主要是采用X光、內窺鏡、超聲波、PET-CT等診斷 手段發現體內病兆，但通過儀器可發現的大多是病兆在幾厘米以上的癌癥，發現之時該腫 瘤組織往往已經對正常組織造成了損傷，甚至已錯過了最佳治療時機。因此，醫學領域一直 在尋求癌癥早期診斷的方法。癌癥的早期診斷是指專門針對癌癥早期患者的診斷方法，其 目的在于早發現早治療，從而減輕患者痛苦和精神、經濟負擔，爭取通過癌癥早期診斷治療 讓癌癥患者早日康復。
[0004] 雖然目前已有報道通過高通量測序對癌癥病人的基因進行檢測，用以指導癌癥治 療用藥以及作為癌癥早篩標準，但該技術的檢測對象是腫瘤組織的基因突變位點，主要的 應用是發現癌癥病人腫瘤組織的突變情況、以便進行個性化治療。由于不同癌癥病人的基 因發生突變的位點不一樣、突變的頻率也有差異，因此很難確定癌癥的判別標準，將上述技 術用于癌癥篩查時的特異性和準確率均不高。
[0005] 人體血液中存在大量游離的DNA(cfDNA，cell free DNA)，它們主要來自體細胞 的凋亡、壞死或主動釋放。目前已知癌癥病人的CfDNA含量顯著高于正常人，平均約為正 常人的三倍以上。癌癥病人的cfDNA中有一部分來自于腫瘤組織，這部分DNA也被稱為 ctDNA(circulating tumor DNA)，在癌癥發展的早期就能檢測到。因此，通過檢測癌癥病人 血液中的ctDNA，來了解腫瘤組織中的基因突變情況，是早期癌癥篩查的一個新思路。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種基于分子生物學測序技術，對血液中的游離DNA進行 全基因組測序，通過識別染色體拷貝數異常情況來判斷受檢者的血漿游離DNA是否存在基 因組拷貝數的不穩定性的裝置，利用該裝置的檢測結果可判斷受檢者罹患癌癥的風險。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明的實施方式所提供的基因組拷貝數不穩定性的檢測 裝置包括：測序單元，其對待檢者漿中的游離DNA進行全基因組測序，得到待檢樣本每個基 因組窗口的測序條數；計算單元，其根據待檢樣本每個基因組窗口的測序條數，計算待檢樣 本每個基因組窗口的拷貝數變異值；統計分析單元，其對待檢樣本每個基因組窗口的拷貝 數變異值進行統計，分析待檢樣本是否存在基因組拷貝數不穩定性；其中，基因組窗口的定 義為：將人類基因組序列分割成首尾相連、互不重疊且大小相同的片段，每個片段為一個基 因組窗口。進一步地，統計分析單元根據待檢樣本是否存在基因組拷貝數不穩定性，判斷待 檢者罹患癌癥的風險。
[0008] 本發明的實施方式所提供的基因組拷貝數不穩定性的檢測裝置，將分子生物學測 序技術與生物信息分析技術相結合，可實現對癌癥的早期診斷。使用該裝置進行癌癥篩查 時，只需抽取檢測對象的血液樣本，從血漿中抽提游離的DNA作為待檢樣本，通過裝置中的 測序單元對游離DNA進行全基因組測序、然后通過裝置中的計算單元和統計分析單元對測 序結果中所得出的"在某一特定大小的基因組窗口內的測序條數"進行計算和統計分析，以 "基因組拷貝數不穩定性作"為指標，來判別待檢者是否處于癌癥高危狀態，從而實現癌癥 的早期無創篩查或治療效果評估。由于幾乎所有的惡性實體瘤都存在染色體拷貝數變異， 通過分子生物學測序結果中每個染色體對應的測序條數，即可以反映染色體的異常情況。 染色體水平的異常也是判斷良性和惡性腫瘤的重要指標，所以本發明的實施方式所提供的 基因組拷貝數不穩定性的檢測裝置既具備癌癥的特異性（在各類疾病中只有惡性腫瘤存 在染色體異常），也具備對各類癌癥的通用性（幾乎所有的癌癥都存在染色體異常情況）。
[0009] 與現有的癌癥檢查技術相比，本發明的實施方式所提供的基因組拷貝數不穩定性 的檢測裝置具備以下特點：（1)無創：通過抽血來進行檢測，對受檢者的身體沒有傷害，整 個檢查過程幾乎沒有痛苦；（2)早期篩查：利用該裝置能比影像診斷早幾個月發現腫瘤組 織；（3)適用面廣：能夠發現幾乎所有的實體瘤；(4)準確率和靈敏度高：基于基因水平進 行檢測，不易發生誤診；（5)實時監控：游離DNA(CfDNA)在體內的半衰期為16分鐘至1小 時，因此本裝置的檢測結果還能作為腫瘤術后或治療效果評估的實時指標。
[0010] 優選地，本發明的實施方式所提供的基因組拷貝數不穩定性的檢測裝置中，所定 義的每一個基因組窗口的大小可以為20Kb?10Mb。在本裝置的檢測過程中，這些首尾相 連、互不重疊且大小相同的基因組窗口，每一個均是獨立的分析單元，窗口大小的劃分可根 據篩查案例的實際情況來確定。例如，可以參考人類基因組參考序列GRCh38,將其分割成首 位相連且互不重疊的窗口：如每個窗口的大小為100K個堿基對，則得到約為3萬個基因組 窗口；如每個窗口的大小為IMb個堿基對，則得到約為3千個基因組窗口。
[0011] 可選地，本發明的實施方式所提供的基因組拷貝數不穩定性的檢測裝置，測序單 元可包括高通量測序模塊或基因芯片模塊。當測序單元包括高通量測序模塊時，該高通量 測序模塊進一步包括建庫試劑盒和高通量測序試劑盒；該高通量測序模塊對待檢血漿樣本 中的游離DNA進行全基因組高通量測序，得到每個基因組窗口的測序條數。本裝置中的高 通量測序模塊可選擇適用于各種高通量測序技術平臺的建庫試劑盒和高通量測序試劑盒， 例如Illumina、454、Life Technologies和PacBio等主流或其它高通量測序平臺。
[0012] 此外，也可以用基因芯片測序來代替高通量測序，以實現本發明的檢測目的。當測 序單元包括基因芯片模塊時，該基因芯片模塊進一步包括基因芯片和雜交信號檢測器；該 基因芯片模塊對待檢血漿樣本中的游離DNA進行雜交測序，并檢測每個基因組窗口的雜交 信號強弱值，根據雜交信號強弱值定量出每個基因組窗口的測序條數。其中，上述的雜交信 號可以為熒光信號，則雜交信號檢測器為熒光信號檢測器。高通量測序技術或基因芯片技 術都可實現本發明的目的，相比之下，基因芯片模塊的成本更低，但高通量測序模塊的檢測 準確率較高。
[0013] 進一步地，本發明的實施方式所提供的基因組拷貝數不穩定性的檢測裝置，計算 單元包括數據庫模塊和計算模塊，該數據庫模塊提供：以一組健康人群血漿中的游離DNA 作為對照樣本群，以測序單元相同的方法對該對照樣本群進行全基因組測序，所得到對照 樣本群每個基因組窗口的平均測序條數占對照樣本群所有基因組窗口的平均總測序條數 的百分比數和對照樣本群每個基因組窗口的平均測序條數占對照樣本群所有基因組窗口 的平均總測序條數的百分比數的標準差。對于上述數據庫模塊，首先需要在模塊中進行"數 據庫的搭建"，即選擇對一組健康人群（例如某一年齡段內，經過傳統方法檢測沒有癌癥發 生發展跡象的健康人）進行血液游離DNA的全基因組測序，測序的方法和對基因組窗口的 劃分規則與測序單元中一致，在進行質量控制之后對該對照樣本群統計每個基因組窗口的 平均測序條數以及所有基因組窗口的平均總測序條數。
[0014] 優選地，本發明的實施方式所提供的基因組拷貝數不穩定性的檢測裝置，計算模 塊根據下式計算待檢樣本每個基因組窗口的拷貝數變異值：Z n= (Tn-Mn)/SDn，其中，Zn為待 檢樣本第 n個基因組窗口的拷貝數變異值，1為對照樣本群第n個基因組窗口的平均測序 條數占對照樣本群所有基因組窗口的平均總測序條數的百分比數，T n為待檢樣本第η個基 因組窗口的測序條數占待檢樣本所有基因組窗口總測序條數的百分比數，SDn為對照樣本 群第η個基因組窗口的平均測序條數占對照樣本群所有基因組窗口的平均總測序條數百 分比數的標準差，η為自然數。上述將待檢樣本每個基因組窗口的測序條數，與健康人群所 提供的對照樣本群每個基因組窗口的平均測序條數進行比較和計算，即得出待檢樣本每個 基因組窗口的拷貝數變異值Ζ η。