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【名师讲堂】陈鸣教授:生物传感器的临床应用

陈鸣:医学博士、教授、博士生导师,现任第三军医大学大坪医院检验科主任。美国临床化学学会(AACC)Gallwas成员,中华医学会检验分会青年委员会副主任委员,中国生物物理学会临床分子诊断分会副会长,中国医疗保健国际交流促进会临床检验专委会副主任委员,中国研究型医院协会临床检验专委会常委,中国医师协会检验医师分会委员,重庆市中西医结合学会常务理事、重庆市中西医结合学会检验专委会主任委员、重庆市医学会检验专委会副主任委员、重庆市医师协会检验医师分会副主任委员、重庆市医院协会临床检验管理专委会副主任委员,全军检验专委会委员兼分子生物学分委会主任委员。《国际检验医学杂志》、《检验医学与临床》常务编委,《中华检验医学杂志》、《临床检验杂志》、《重庆医学》编委,《Biosens Bioelectron》、《Plos One》、《BMC Cancer》、《BMC Infect Dis》、《Gene》、《J Med Micro》等SCI杂志的特约审稿人。作为课题负责人承担了国家863课题2项、国家自然科学基金重点项目1项、国家自然科学基金面上项目3项、卫生部专项课题1项、国家重大传染病防治专项子课题1项、军队“十二五”重大项目子课题1项、军队“十一五”攻关项目子课题1项、重庆市自然科学基金重点项目1项、重庆市基础研究课题1项。获国家科技进步二等奖2项(2010-2、2016-5)、重庆市技术发明一等奖1项(2003-2)、军队科技进步二等奖4项(2013-1、2012-7、2007-4、2002-4)、中华预防医学奖一等奖1项(2011-10)、中华医学科技奖二等奖1项(2009-3)。2012年获第七届重庆青年科技奖,2010年获“重庆市十大杰出青年”,还获全国多媒体教育软件大奖赛一等奖1项(2010-1)、军队院校育才银奖1次、总后优秀教师1次、总后优秀网络课程二等奖1次。获国家发明专利5项、实用新型专利4项,申请国家发明专利5项。已在SCI发表论文34篇,主编、参编专著5部。

 

2018年3月,由全国卫生产业企业管理协会实验医学专业委员会、全国卫生产业企业管理协会医学检验产业分会、中国医疗器械行业协会体外诊断分会、中国医学科技促进工作委员会、中国体外诊断网•中国实验医学网联合主办的“‘创之声’第三届中国实验医学大会(CEMC)在重庆悦来国际会议中心隆重举行,大会主题为“自动、智能、未来”。本届大会有100余场学术报告,13个专题论坛。其中,在医学检验新技术论坛上,第三军医大学大坪医院检验科陈鸣主任发表了主题为“生物传感器的临床应用机遇与挑战”的精彩演讲。

 

生物传感器研究是陈鸣教授研究项目中的核心,80%的科研精力均投入在生物传感器的研究上,生物传感器技术在交叉学科、边缘学科非常有可能发展成为将来检验专业的前沿技术。陈教授指出,自从2015年美国总统奥巴马提出了精准医疗的概念之后,精准医疗、测序等一系列技术就迅猛发展起来。他认为所谓的精准医疗,即精准检测+精准治疗,有很多主题词来阐释,如基因特征、生活方式、环境因素、量身定制、有效性、安全性、经济性等等。精准检验对检验科、临床实验室诊断提出越来越高的要求,近年来,医学模式逐渐走向“4P医学模式”:预防性、预测性、个体化、参与性,从这里可以看出,现代医学更加以人为主体,强调人的主动性,“4P医学模式”代表了医学未来的发展方向,检验绝对起到至关重要的作用,这其中任何一个板块的发展,没有检验的参与,是不可想象的。而对于精准检验而言,快速、灵敏地对疾病的生物标志物进行定性和定量分析,是当今生命科学领域的研究热点。

 

何谓生物传感器,其定义是一种能够将生物分子反应信号转换成可检测的物理化学信号的分析装置,如果进一步详细分解,陈鸣教授解释道,类似于人体,这是最大的生物传感器,引用他最喜欢的一位古人苏轼的《赤壁赋》里语句来表述——“且夫天地之间,物各有主,苟非吾之所有,虽一毫而莫取。惟江上之清风,与山间之明月,耳得之而为声,目遇之而成色,取之无禁,用之不竭。是造物者之无尽藏也,而吾与子之所共食。”虽说这是表达人生观,但是从科学的角度看来“耳得之而为声,目遇之而成色”,这就是生物传感器,用物理方式转化为人脑可以识别的物体,就像人的眼睛可以识别2千多种色彩,鼻子可以分辨1万多种味道——人的眼睛和鼻子本身就是最大的生物传感器。

 

他说,最早的生物传感器是英国Clark于1962年发明,即酶电极。一直发展至今,现在人们佩戴的iwatch,实际上也是生物传感器的一种,他是通过监控温度、心率来分析数据,是相对比较简单的概念。接着,陈教授从生物传感器的研究概况展开了分析,详细阐述了生物传感器在肿瘤中的应用,比如电化学生物传感器来测定肿瘤标志物,其检测最为经典的肿瘤标志物CEA和PSA,最低检测限度分别为0.04和0.017 ng mL−1。而生物传感器与液体活检方面也紧密相关,MIT Technology Review杂志发布了2015年度十大突破技术(10 Breakthrough Technologies 2015)的榜单。液态活检技术就光荣上榜。

 

而在LSAW传感器检测循环肿瘤细胞版块,陈鸣教授表示,在国家重点项目支持之下,自主研发制作了LSAW传感器,用它来检测循环肿瘤细胞,是利用声波作为传感器的介质,以Au作为表面固定膜,就可以精密的检测循环肿瘤细胞。最后陈鸣教授从生物传感器检测循环肿瘤DNA、检测肿瘤相关miRNA、检测外泌体方面展开了延伸。并描述了理想的生物传感器应具备哪些特点。就现在的发展来看,不断的有新的技术出现,例如基于纳米材料的生物传感器,有纳米线、纳米棒、纳米孔、测序等等,都在现在的生物传感器上得到了很好的应用。而生物传感器与仿生技术的结合是很神奇的,并且越来越微型化。

 

陈教授最后总结道:“检验科每天的数据量巨大,这么大的数据量,如何进行深层次的挖掘和分析,是我们需要深入探讨的。而生物传感器离临床的应用是不是很遥远呢?其实不然,例如血糖仪是成功应用到临床的典范。还有iwatch以及各种app软件的开发等。所以不要觉得生物传感器离我们很遥远只是空中楼阁,我坚信生物传感器的未来一定非常美好,它的春天并不遥远!”

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    【名师讲堂】陈鸣教授:生物传感器的临床应用

    陈鸣:医学博士、教授、博士生导师,现任第三军医大学大坪医院检验科主任。美国临床化学学会(AACC)Gallwas成员,中华医学会检验分会青年委员会副主任委员,中国生物物理学会临床分子诊断分会副会长,中国医疗保健国际交流促进会临床检验专委会副主任委员,中国研究型医院协会临床检验专委会常委,中国医师协会检验医师分会委员,重庆市中西医结合学会常务理事、重庆市中西医结合学会检验专委会主任委员、重庆市医学会检验专委会副主任委员、重庆市医师协会检验医师分会副主任委员、重庆市医院协会临床检验管理专委会副主任委员,全军检验专委会委员兼分子生物学分委会主任委员。《国际检验医学杂志》、《检验医学与临床》常务编委,《中华检验医学杂志》、《临床检验杂志》、《重庆医学》编委,《Biosens Bioelectron》、《Plos One》、《BMC Cancer》、《BMC Infect Dis》、《Gene》、《J Med Micro》等SCI杂志的特约审稿人。作为课题负责人承担了国家863课题2项、国家自然科学基金重点项目1项、国家自然科学基金面上项目3项、卫生部专项课题1项、国家重大传染病防治专项子课题1项、军队“十二五”重大项目子课题1项、军队“十一五”攻关项目子课题1项、重庆市自然科学基金重点项目1项、重庆市基础研究课题1项。获国家科技进步二等奖2项(2010-2、2016-5)、重庆市技术发明一等奖1项(2003-2)、军队科技进步二等奖4项(2013-1、2012-7、2007-4、2002-4)、中华预防医学奖一等奖1项(2011-10)、中华医学科技奖二等奖1项(2009-3)。2012年获第七届重庆青年科技奖,2010年获“重庆市十大杰出青年”,还获全国多媒体教育软件大奖赛一等奖1项(2010-1)、军队院校育才银奖1次、总后优秀教师1次、总后优秀网络课程二等奖1次。获国家发明专利5项、实用新型专利4项,申请国家发明专利5项。已在SCI发表论文34篇,主编、参编专著5部。

     

    2018年3月,由全国卫生产业企业管理协会实验医学专业委员会、全国卫生产业企业管理协会医学检验产业分会、中国医疗器械行业协会体外诊断分会、中国医学科技促进工作委员会、中国体外诊断网•中国实验医学网联合主办的“‘创之声’第三届中国实验医学大会(CEMC)在重庆悦来国际会议中心隆重举行,大会主题为“自动、智能、未来”。本届大会有100余场学术报告,13个专题论坛。其中,在医学检验新技术论坛上,第三军医大学大坪医院检验科陈鸣主任发表了主题为“生物传感器的临床应用机遇与挑战”的精彩演讲。

     

    生物传感器研究是陈鸣教授研究项目中的核心,80%的科研精力均投入在生物传感器的研究上,生物传感器技术在交叉学科、边缘学科非常有可能发展成为将来检验专业的前沿技术。陈教授指出,自从2015年美国总统奥巴马提出了精准医疗的概念之后,精准医疗、测序等一系列技术就迅猛发展起来。他认为所谓的精准医疗,即精准检测+精准治疗,有很多主题词来阐释,如基因特征、生活方式、环境因素、量身定制、有效性、安全性、经济性等等。精准检验对检验科、临床实验室诊断提出越来越高的要求,近年来,医学模式逐渐走向“4P医学模式”:预防性、预测性、个体化、参与性,从这里可以看出,现代医学更加以人为主体,强调人的主动性,“4P医学模式”代表了医学未来的发展方向,检验绝对起到至关重要的作用,这其中任何一个板块的发展,没有检验的参与,是不可想象的。而对于精准检验而言,快速、灵敏地对疾病的生物标志物进行定性和定量分析,是当今生命科学领域的研究热点。

     

    何谓生物传感器,其定义是一种能够将生物分子反应信号转换成可检测的物理化学信号的分析装置,如果进一步详细分解,陈鸣教授解释道,类似于人体,这是最大的生物传感器,引用他最喜欢的一位古人苏轼的《赤壁赋》里语句来表述——“且夫天地之间,物各有主,苟非吾之所有,虽一毫而莫取。惟江上之清风,与山间之明月,耳得之而为声,目遇之而成色,取之无禁,用之不竭。是造物者之无尽藏也,而吾与子之所共食。”虽说这是表达人生观,但是从科学的角度看来“耳得之而为声,目遇之而成色”,这就是生物传感器,用物理方式转化为人脑可以识别的物体,就像人的眼睛可以识别2千多种色彩,鼻子可以分辨1万多种味道——人的眼睛和鼻子本身就是最大的生物传感器。

     

    他说,最早的生物传感器是英国Clark于1962年发明,即酶电极。一直发展至今,现在人们佩戴的iwatch,实际上也是生物传感器的一种,他是通过监控温度、心率来分析数据,是相对比较简单的概念。接着,陈教授从生物传感器的研究概况展开了分析,详细阐述了生物传感器在肿瘤中的应用,比如电化学生物传感器来测定肿瘤标志物,其检测最为经典的肿瘤标志物CEA和PSA,最低检测限度分别为0.04和0.017 ng mL−1。而生物传感器与液体活检方面也紧密相关,MIT Technology Review杂志发布了2015年度十大突破技术(10 Breakthrough Technologies 2015)的榜单。液态活检技术就光荣上榜。

     

    而在LSAW传感器检测循环肿瘤细胞版块,陈鸣教授表示,在国家重点项目支持之下,自主研发制作了LSAW传感器,用它来检测循环肿瘤细胞,是利用声波作为传感器的介质,以Au作为表面固定膜,就可以精密的检测循环肿瘤细胞。最后陈鸣教授从生物传感器检测循环肿瘤DNA、检测肿瘤相关miRNA、检测外泌体方面展开了延伸。并描述了理想的生物传感器应具备哪些特点。就现在的发展来看,不断的有新的技术出现,例如基于纳米材料的生物传感器,有纳米线、纳米棒、纳米孔、测序等等,都在现在的生物传感器上得到了很好的应用。而生物传感器与仿生技术的结合是很神奇的,并且越来越微型化。

     

    陈教授最后总结道:“检验科每天的数据量巨大,这么大的数据量,如何进行深层次的挖掘和分析,是我们需要深入探讨的。而生物传感器离临床的应用是不是很遥远呢?其实不然,例如血糖仪是成功应用到临床的典范。还有iwatch以及各种app软件的开发等。所以不要觉得生物传感器离我们很遥远只是空中楼阁,我坚信生物传感器的未来一定非常美好,它的春天并不遥远!”