我還記得去年在看可穿戴健康設備的時候，心中突發奇想，「現在都有監測心率、運動狀態和血糖水平的可穿戴設備了，要是人體的基因突變狀況可以連續實時監測的話，那該有多好哇。」以我有限的智商，我能想到的應用包括，癌癥的早期篩查和治療后監測。要是真可以這樣的話，患者可以時刻掌握自己的健康狀態。那真是妙不可言。

當然，我一直覺得那僅僅是個美好的幻想而已。沒想到，竟讓加州大學圣迭戈分校的Ratnesh Lal團隊實現了。科學家們用他們的研究論文再一次給我上了一課：「夢想還是要有的，萬一實現了呢！」6月13日，Lal團隊的研究成果刊登在《美國科學院學報》上(1)。

Ratnesh Lal教授

實際上Lal研發的這個設備檢測的內容跟23andMe一樣，都是檢測人體特定的基因突變位點（SNPs）。盡管目前科學家對大部分的SNPs的作用還不是很清楚，但是科學家也已經找到了跟癌癥、糖尿病、心臟疾病、神經性疾病、自體免疫和炎性疾病等有關的特殊SNPs。Lal教授就是研發了一款可以實時檢測跟疾病相關SNPs的可植入芯片。

這款芯片的結構也很簡單，就是將可以找到特殊SNP的探針固定到石墨烯場效應晶體管（field-effect transistor，FET）上，一旦跟疾病有關的特定SNP出現，探針就會捕獲它們，電信號就在這一瞬間產生了。然后芯片會把信號發送到手機上，提醒用戶體內出現跟疾病相關的基因突變了。這個時候，我們就該放下手中的活，去醫院做進一步的檢查了。

僅從原理上看，這個設備除了在將來會具備實時監測并發送信號的功能之外，與傳統的DNA芯片似乎沒有太大區別。實際上，這個設備遠沒有這么簡單，它的功夫全體現在細節上。細細數來，它具備現在SNPs檢測設備不具備的三大優勢。

首先，與傳統DNA芯片的單鏈探針不同，Lal教授研發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。那些人就要問了，這雙鏈探針怎么捕捉游離的DNA啊？Lal教授對這個特殊的探針做了改造，那條固定在石墨烯場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，而且經過改造，與正常鏈結合的比較松，當攜帶特殊SNP的DNA片段從下面開始跟探針結合的時候，那個短鏈就會自動脫落。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。

長度為47nt的雙鏈探針，靠近石墨烯場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程

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

最后，雙鏈探針還有個巨大的好處。就是可以把探針設計的很長。學過生物的都知道，探針越長，檢測的結果越準確。前段時間韓春雨老師發現的NgAgo基因編輯技術，就是因為引導部分比CRISPR長了一點，準確性就一下子提高了上千倍。因為Lal教授使用的是雙鏈探針，所以探針本身不會結合，這樣探針的長度就可以大大地延長。據Lal教授論文報道，他們用過47個堿基的探針，這可是檢測SNPs歷史上最長的探針了。毋庸置疑，這個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Preston Landon表示，當前檢測SNPs需要復雜的設備，而且過程相對較慢，費用較高。他們研發的這個芯片相對簡單、快速、價格低廉，更厲害之處在于，可以配合手機一起使用，實時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，但是他們已經向基因突變實時監測，并將突變狀況發送到手機上邁出了第一步。接下來他們會進一步優化技術，并給芯片添加無線連接和傳輸功能。時機成熟，他們會將芯片帶入臨床，并開展液體活檢試驗。Lal教授認為，他們的這項技術將引領新一代檢測和精準治療方法。

從這款設備的技術原理來看，這一發明的確足夠激動人心。尤其是在癌癥的早發現和治療后監測上，可以給我們帶來無限的想象空間。而且一旦這項技術成熟，也會促進癌癥的相關基礎研究，尤其是在腫瘤的進化上。但是從目前來看，它也有一些缺陷。最主要的應該就是可同時監測的位點少。另外一個大問題就是基礎研究目前還沒有跟上，還沒有辦法直接證明基因突變可以預測發病的風險。這也是23andMe和FDA鬧別扭的原因所在。

但是無論如何，我對這個技術還是非常看好。看看目前液體活檢的發展趨勢就知道了。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，這是FDA批準的第一個液體活檢產品，這就意味著羅氏成為第一個可以使用液體活檢診斷癌癥的公司。另外，6月4日，位于加州的創業公司Guardant Health在剛剛閉幕不久的美國臨床腫瘤學會2016年年會上發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力。

這些都表明，基因突變與癌癥之間的關系正在逐漸確立。我們有理由相信，可植入基因突變實時檢測設備遲早會走進我們的生活。