Luminex系统的技术原理与应用
Luminex具有两大核心技术即xMAP®技术和xTAG®技术。1997年，《临床化学》杂志刊登专文介绍Luminex xMAP®技术(液态悬浮芯片技术)，并将其誉为“真正的临床应用型生物芯片”。随后，运用Luminex xMAP®技术进行临床诊断和基础研究成为生命科学研究领域的一大热点，相关的研究论文频频刊登在《临床化学》、《临床与诊断免疫学》、《临床微生物》、《基因组研究》、《蛋白质组研究》、《癌症》等国际权威学术杂志上。2001年7月27日，INOVA公司的ENA系列产品率先通过美国FDA的认证，标志着Luminex xMAP®技术得到了美国政府的认可，并由此成为首个得到美国FDA许可用于临床诊断的多指标并行检测技术。2005年6月9日，基于Luminex xMAP®技术的学术论文刊登在当日出版的《自然》杂志上，这是学术界认可一项技术所给予的最高荣誉。2005 年11 月，为表彰其对临床诊断技术进步做出的贡献，全球科技产业、行业研究的权威机构—Frost & Sullivan―授予xMAP®技术“2005年度国际临床诊断技术革新大奖”，标志着Luminex xMAP®技术在国际临床诊断技术领域的地位得到了最具权威的认可。截止至2009年底，已有50多个基于该技术的临床诊断产品得到美国FDA的认证，有超过3000篇论文发表在一流的学术期刊上，全球装机量超过7000台。
一、Luminex系统的核心技术原理
1. xMAP®技术
在国内又称为“液相悬浮芯片技术”、“多功能流式点阵技术”、“液相芯片分析技术”、“流式荧光检测技术”、“多功能多指标并行分析技术”、“（微球）悬浮阵列技术”等。它有机整和了荧光编码微球技术、激光分析技术、流式细胞技术、高速数字信号处理技术、计算机运算法则等多项最新科技成果，具有自由组合、高通量、高速度、低成本、准确性高、重复性好、灵敏度高、线性范围广、无需洗涤、操作简便、在同一平台上即可完成蛋白质和核酸的检测等优点，代表着生命科学基础研究和医学诊断技术的发展方向。被国际业界专家评价为临床诊断的趋势性技术之一。其技术原理为用不同配比的两种红色分类荧光染料将直径为5.6微米的聚苯乙烯微球染成不同的荧光色，从而获得多达100种荧光编码的微球。把针对不同待测物的抗体分子或者基因探针以共价交联的方式结合到特定的编码微球上，每个编码微球都对应相应的检测项目。先把针对不同待测物的荧光编码微球混合，然后加入待测物质或者待测的扩增片段，所形成的复合物再与标记荧光素发生结合反应。微球在流动鞘液的带动下单列依次通过红绿激光，红激光用来判定微球的荧光编码，绿激光用来测定微球上报告分子的荧光强度。从而达到快速准确的定量检测目的。
2. xTAG® 技术
此技术使用Luminex专有的通用标签，通过标签序列与反标签序列的专一性互补配对，进行核酸实验优化，产品开发和分子诊断化验。xTAG®技术能保证相同的复性温度和杂交效率，且有效避免不同检测物标记的微球之间交叉杂交。xTAG® 技术结合Luminex 相关仪器，能为临床多重基因检测提供最好的解决方案。Luminex公司自行开发的很多临床检测试剂盒，比如呼吸道病毒检测试剂盒(RVP)和囊性纤维化(Cystic Fibrosis)检测试剂盒，都应用了xTAG® 技术，并获得美国食药监局FDA的批准文号。xTAG® 技术实验原理（见图1）为首先经过PCR反应扩增待测核酸，扩增的DNA与短序列TAG引物混合，若目标存在，则发生目标特异性引物延伸并同时掺入标记物，然后加入连有反-TAG序列的微球通过互补配对来特异性识别目标引物。微球在流动鞘液的带动下单列依次通过红绿激光，借助软件准确分析数据。
图1 xTAG®技术原理示意图
二、Luminex系统的主要应用领域
在生物测定市场350亿美元的效益中，Luminex系统的关键部分（主要是xMAP技术）占有23亿美元的份额。其应用领域包括遗传分析（genetic analysis）、药物开发（drug discovery）、一般的生物医学研究（general biomedical research）、临床诊断（clinical diagnostics）和药物基因组（pharmacogenomics）研究。xMAP技术主要用于激酶选择（kinase selectivity）、磷蛋白（phospho proteins）、ADMET、细胞因子（cytokines）、临床诊断（diagnostics）和药物基因组学（pharmaco genomics）研究。可以多重（1~500）、高通量形式每天分析1000件以内的样品。
不断增加的研发支出带动了药物发现，临床诊断和生物医学研究市场的发展。为满足不同的检测需求，多重检测技术应运而生。由于Luminex的开放式结构设计，只需一个xMAP®技术平台就能够满足这些应用的巨大需求，应用领域极其广阔。
1. 定量检测细胞因子
细胞因子参与多种免疫机能，某些细胞因子具有相同功能，并且调节其它细胞因子的合成和分泌，因此同时检测多种细胞因子有利于全面判断机体免疫功能、了解分子水平的免疫调节机制，在疾病的诊断、病程观察、疗效判断及细胞因子治疗监测方面有重要意义，还可用于研究发病机制、药物作用机理和药物临床试验。
目前最常用于检测体液和细胞培养上清中细胞因子的方法有ELISA、TRFIA等，这些方法灵敏度、特异性和准确性都较好，但是也存在一些局限：每次仅能检测一种细胞因子，如果需要同时分析多种细胞因子，则检测费用较为昂贵并且费时，完成检测所需的样本量较大，非常浪费，对于一些量少的样本（如鼠血清、儿童患者标本）就比较困难。能够同时检测数种细胞因子的方法有RT-PCR、Northern Blot等，但它们均不能准确定量分泌性细胞因子，而且每次检测的细胞因子数目有限。
用传统方法检测多种细胞因子时，要求的样品量多，费用高，ELISA的检测范围仅1～2个数量级，而液相芯片可同时检测同一样品中的多种分子，而且具有特异、快速、灵活、重复性好的特点，其检测范围为3～4个数量级，检测灵敏度也远胜于ELISA，其优势是显而易见的。因此定量检测细胞因子成为目前液相芯片技术应用最为活跃和广泛的领域之一，尤其是2004年以来，随着市场上越来越多的商品化试剂盒的涌现，液相芯片技术检测细胞因子的文献报道数量迅猛增加，大有取代常规ELISA方法之势。
2. 多重病原体检测
从2002年中国爆发的由新型冠状病毒引起的严重急性呼吸综合征（SARS）到2009年全球爆发的甲型H1N1流行性感冒，这类呼吸道传染病毒以愈演愈烈的趋势威胁着人类的生命健康。Luminex xTAG® 多重呼吸道病毒检测试剂盒（respiratory viral panel，RVP）以开放式结构平台为基础，将xTAG® 技术与xMAP® 技术有效地融为一体，能同时在一个患者样本中快速准确地检测多达18种呼吸道病毒及亚型。使用xTAG® RVP检测，能帮助医生快速做出准确的判断，改善患者治疗，降低医疗成本，在临床诊断及疫情监测方面具有广泛的应用价值。
Luminex 最新推出多重肠胃道病毒检测试剂盒，可在一孔中同时检测15种常见的导致腹泻的病原体，包括9种细菌、3种病毒及3种寄生虫。
3. 肿瘤标志物检测
肿瘤的发生发展是一个多因素、多阶段、多基因变异累积的复杂病变过程。近年来，合理选择几项灵敏度、特异性能互补的肿瘤标志物进行组合检测逐渐成为共识。Luminex“液态芯片”出众的高通量检测性能正好契合了临床肿瘤标志物应用的需求。在不同荧光编码的微球上共价交联上针对不同肿瘤标志物的抗体，将这些带有抗体的微球混合，加入血清后与血清中相应的抗原结合，然后荧光抗体再与抗原结合，最后上机检测，通过两束激光分别检测微球编码和荧光信号，实现对多种肿瘤标志物的联合检测。
现有的肿瘤标志物检测方法主要有：酶联免疫法、放射免疫法、发光法、固态（膜基）芯片法。固态芯片（蛋白芯片）也是一种多指标检测技术，由于其捕获与被捕获分子之间的反应特点，准确性和重复性存在一定的缺陷。目前用于肿瘤标志物检测的主流试剂属于化学发光免疫分析与电化学发光免疫分析两大类（技术比较，见表1），前者以美国的雅培（ABBOTT）、贝克曼（BECKMAN），德国的拜耳（BAYER）为代表，后者为瑞士罗氏（ROCHE）的专利技术。Luminex液态芯片技术与化学发光、电化学发光技术一样同属发光类技术之一，具有灵敏度高、重复性好、线性范围广等优点，同时又由于其独特的检测原理，液态芯片具备了其他发光类技术所不具备的高通量检测能力，代表了临床肿瘤标志物检测的应用趋势。2009年3月，在该技术平台上SFDA已经颁发了12项常用肿瘤标志物的医疗器械注册证（包括AFP、CEA、CA125、CA19-9、t-PSA、f-PSA、NSE、CA72-4、SCCA、Cyfra21-1、CA242 和free-β-hCG）。随着液态芯片肿瘤标志物检测试剂获得市场准入，逐渐进入临床实验室和各大体检机构，其强大的检测能力和高质量的检测数据迅速引起了国内临床检验界的广泛关注。
编辑: cq
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