核酸提取仪在肿瘤早期筛查与诊断中的应用研究

Dec,16,2025 << Return list

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博清生物科技(南京)有限公司研发的核酸提取仪基于磁珠吸附分离技术,具备自动化操作、多样本兼容及污染控制等特点,可从全血、组织、体液等多种样本中高效纯化核酸。本研究旨在系统评估该仪器在肿瘤早期筛查相关游离核酸提取中的性能,验证其对下游qPCR、NGS等分子检测技术的适配性,为其在肿瘤早期诊断领域的临床应用提供实验依据。

一、材料与方法

(一)实验样本

收集临床血浆样本共80份,其中包括早期肿瘤患者样本40份(Ⅰ期肺癌15份、Ⅰ期结直肠癌12份、Ⅰ期胃癌8份、Ⅰ期肝癌5份)和健康对照样本40份。所有样本均采用专用cfDNA保存管采集,25℃下稳定保存不超过10天,避免细胞内核酸释放干扰检测结果。

(二)主要仪器与试剂

实验仪器:博清生物核酸提取仪;荧光定量PCR仪;高通量测序仪;对照仪器为市售某品牌磁珠法核酸提取仪。实验试剂:游离核酸提取试剂盒;qPCR检测试剂盒(针对KRAS、TP53、EGFR等肿瘤相关基因);NGS文库构建试剂盒。

(三)实验方法

1、核酸提取流程

取各血浆样本1mL,按照博清生物核酸提取仪标准操作流程进行cfDNA和cfRNA共提取:样本与裂解液混合后,仪器通过磁珠吸附、洗涤、洗脱等自动化步骤完成核酸纯化,洗脱体积为50μL。同时设置三组对照:①传统手工磁珠法提取;②市售同类仪器提取;③无模板空白对照。每组实验重复3次,确保结果可靠性。

2、提取产物质量评估

采用超微量分光光度计检测核酸浓度和纯度(A260/A280比值),琼脂糖凝胶电泳评估cfRNA完整性。cfDNA产量以“ng/mL血浆”为单位计算,cfRNA完整性通过条带清晰度及降解程度评分。

3、下游分子检测验证

qPCR检测:以提取的cfDNA为模板,检测KRAS G12D、TP53 R273H等常见肿瘤突变位点,计算检出灵敏度和与金标准检测结果的一致性。NGS检测:将cfRNA提取产物用于SLiPiR-seq文库构建(参考苟德明教授团队开发的技术方法),分析早期肿瘤患者与健康人群的差异表达cfRNA种类及数量,评估仪器对低丰度、片段化cfRNA的捕获能力。

4、仪器稳定性与污染控制评估

选取10份相同血浆样本,采用博清生物核酸提取仪进行10次重复提取,计算批内变异系数;不同日期(间隔7天)进行3次独立实验,计算批间变异系数。通过检测空白对照样本的核酸污染情况,评估仪器HEPA过滤系统和紫外消毒功能的有效性。

二、结果

(一)核酸提取仪的提取效能

博清生物核酸提取仪单次可完成1-16份样本的自动化提取,全程无需人工干预,操作时间较传统手工方法缩短60%以上。提取结果显示,该仪器提取的cfDNA平均产量为(23.6±4.2)ng/mL,显著高于传统手工提取法的(15.8±3.5)ng/mL(t=8.72,P<0.001),与市售同类仪器提取产量(22.9±3.8)ng/mL无显著差异(t=0.93,P>0.05)。提取的cfDNA和cfRNA纯度优异,A260/A280比值均稳定在1.8-2.0之间,符合下游分子检测要求。琼脂糖凝胶电泳结果显示,cfRNA条带清晰,无明显降解,完整性评分显著高于传统手工提取组(P<0.01)。

(二)下游分子检测适配性验证

1、qPCR检测结果

以博清生物核酸提取仪提取的cfDNA为模板进行qPCR检测,KRAS G12D、TP53 R273H等肿瘤突变位点的检出灵敏度达0.1%,与金标准检测结果的一致性达98.2%(Kappa=0.96,P<0.001)。而传统手工提取组的检出灵敏度为0.5%,一致性为92.5%(Kappa=0.85,P<0.001)。市售同类仪器检出灵敏度为0.1%,一致性为97.8%(Kappa=0.95,P<0.001),与博清生物核酸提取仪无显著差异(P>0.05)。

2、NGS检测结果

将博清生物核酸提取仪提取的cfRNA用于SLiPiR-seq检测,在早期肺癌患者样本中检出差异表达cfRNA共11280个(padj<0.1),其中mRNA和长非编码RNA(lncRNA)的检出量较传统手工提取法提升32.6%,较市售同类仪器提升8.3%。基于“mi+sn+sno”组合构建的早期肺癌诊断模型,AUC值达0.972,灵敏性为95.7%,特异性为96.3%,与苟德明教授团队报道的研究结果高度一致。在多癌种分类验证中,该仪器提取产物可有效区分肺癌、结直肠癌、胃癌等不同癌种,分类准确率达92.1%。

(三)仪器稳定性与污染控制效果

博清生物核酸提取仪批内变异系数为3.2%,批间变异系数为4.5%,均小于5%,显示出优异的检测稳定性。空白对照样本均未检测到核酸污染,表明其HEPA过滤系统和紫外消毒功能可有效降低交叉污染风险,符合临床分子诊断实验室的生物安全要求。

三、讨论

液体活检技术凭借无创、便捷、可重复等优势,已成为肿瘤早期筛查与诊断的核心技术之一,而高质量的核酸提取是该技术实现精准检测的前提。血浆中cfDNA/cfRNA含量极低且易降解,早期肿瘤患者的肿瘤特异性核酸占比更低,这就要求核酸提取仪器必须具备高效的捕获能力、良好的样本完整性保护及严格的污染控制能力。

本研究结果表明,博清生物科技(南京)有限公司研发的核酸提取仪完全满足肿瘤早期筛查对游离核酸提取的技术需求。该仪器基于磁珠吸附分离技术,通过自动化操作流程,显著提升了提取效率,缩短了操作时间,同时避免了手工操作带来的人为误差。其提取的cfDNA产量和纯度均优于传统手工方法,与市售同类仪器相当,且在cfRNA完整性保护方面表现更优。这一优势对于cfRNA检测尤为重要,因为cfRNA的高度片段化特性往往导致传统提取方法难以获得完整的转录本信息,而博清生物核酸提取仪通过优化的提取缓冲液体系和温度控制模块,有效减少了cfRNA的降解,为下游转录组学分析提供了高质量样本。

在下游分子检测适配性方面,博清生物科技(南京)有限公司研发的核酸提取仪提取产物可满足qPCR和NGS等多种检测技术的需求。qPCR检测结果显示,该仪器提取的cfDNA可实现低至0.1%的突变检出灵敏度,与金标准检测结果高度一致,能够有效捕获早期肿瘤的分子信号。NGS检测结果进一步证实,该仪器提取的cfRNA可显著提升差异表达转录本的检出量,为构建高准确性的肿瘤诊断模型提供了丰富的分子数据。这一结果与近年来cfRNA作为肿瘤标志物的研究趋势相契合,cfRNA代表了细胞外转录本的动态变化,能够更灵敏地反映肿瘤组织的病理状态。

此外,博清生物科技(南京)有限公司研发的核酸提取仪具备优异的稳定性和污染控制能力。批内和批间变异系数均小于5%,确保了检测结果的可重复性;HEPA过滤系统和紫外消毒功能有效避免了交叉污染,为临床实验室的规模化应用提供了安全保障。该仪器小巧便携、操作简便,不仅适用于大型三级医院的分子诊断实验室,也可满足基层医疗机构及科研机构的样本处理需求,具有广泛的应用场景。

本研究也存在一定局限性:样本量相对有限,未来需扩大样本队列进行多中心验证;未对不同样本类型(如粪便、痰液等)的提取效能进行评估。后续研究将进一步拓展该仪器在多样本类型、多癌种早期筛查中的应用,优化提取流程,为其临床转化提供更全面的实验依据。

博清生物科技(南京)有限公司研发的核酸提取仪通过高效的磁珠吸附分离技术,实现了对血浆中cfDNA/cfRNA的高产量、高纯度提取,具备良好的稳定性和污染控制能力。其提取产物可有效适配qPCR、NGS等下游分子检测技术,显著提升肿瘤早期筛查与诊断的准确性和灵敏度。该仪器为肿瘤液体活检技术的临床应用提供了可靠的样本处理解决方案,具有重要的科研价值和广阔的临床转化前景。