遗传性耳聋基因诊断芯片系统的研制及其应用-清华大学成果与知识

2018年国家技术发明奖提名项目

公示内容

一、项目名称：遗传性耳聋基因诊断芯片系统的研制及其应用

二、提名单位意见：

此项遗传性耳聋基因诊断芯片系统是国际首个获得临床行政批准的耳聋分

子诊断产品，具有准确、灵敏、高效、稳定等特点，解决了痕量样品基因检测的难题，且研制出全套适合大规模筛查的配套仪器及整体解决方案。项目已获授权专利40项（含中国发明专利16项，国外专利20项），其中2项获得中国专利优秀奖。获得软件著作权证1项，医疗器械注册证书4个。项目成果于2017年获得黄家驷生物医学工程奖一等奖及中华医学科技奖二等奖，2015年获得妇幼健康科学技术奖科技成果奖一等奖，2014年获得北京市科学技术奖二等奖，2010年获国家重点新产品称号。

2009年至今的应用实践中，该项目在婚育指导、产前筛查、新生儿和高危人群筛查耳聋病因诊断等领域，都取得了良好的社会效益和经济效益，已推广到全国包括台湾在内的30余个省市及越南，并在20个省市纳入政府民心工程。截至今年6月底，已成功检测294余万人份。使我国成为国际上规模最大的遗传病分子筛查的国家。通过提前干预，降低了耳聋出生缺陷，为提高我国人口质量起到了突出的支撑作用，经卫生经济学分析，耳聋基因筛查的效益成本比为7.27:1。项目成果近三年累计销售额突破2.4亿元人民币。

对照国家技术发明奖授奖条件，提名该项目为国家技术发明奖二等奖。

三、项目简介：

我国听力残疾者高达2054万，占残疾人总数24%，居第二位，且每年新增3

万聋儿。在治疗方面，除昂贵的人工耳蜗植入外，重度耳聋尚无法治疗。因此，早期诊聋防聋至关重要。研究表明，60%重度耳聋源于遗传，且具有高度种族及等位基因遗传异质性。然而对于多基因、多位点、多样本分析，传统技术要么操作繁琐、通量低；要么平台昂贵且耗费人力物力，如测序法。迫切需要在阐明中国耳聋群体遗传致聋因素基础上，研发高精度、高灵敏度、高通量、低成本的新型基因突变检测技术及配套设备，以实现规模化预防耳聋。

项目组在国家863等重大项目支持下，取得如下创新成果：

技术发明点一：在临床收集了7630例耳聋临床病例和2898例正常个体样本，进行遗传性耳聋高危人群的分子病因学研究，确定GJB2、SLC26A4、12SrRNA、GJB3为中国人群主要的遗传性耳聋致病基因及其上9个突变为中国耳聋人群高发突变。

技术发明点二：发明了①多重等位基因特异性扩增及通用芯片技术；②提高基因扩增特异性的人工引入错配碱基技术；③磁珠分离富集单链DNA及磁珠、荧光双标记技术；④利用表面张力精确控制杂交技术。基于上述技术发明，项目组率先研制出全球首款耳聋基因诊断芯片，可同时检测技术发明点一中选出来的4个最常见的致聋基因上的9个突变热点。该芯片于2009年获得医疗器械注册证书，2010年获得国家重点新产品称号，是至今获证最早、覆盖位点最多、筛查人群最大，且唯一实现干血斑等痕量样品检测的高灵敏度产品。

技术发明点三：围绕芯片核心技术，发明了芯片点样仪、芯片杂交仪、芯片扫描仪等配套设备，形成了系统的芯片制备、反应及检测平台；还发明了全自动液体工作站，实现了核酸自动提取和单链DNA制备，使筛查的效率和准确性得到进一步保障。芯片扫描仪于2010年获得医疗器械注册证书，全自动液体工作站于2013年获得医疗器械注册证书。上述设备共获4项北京市自主创新产品奖。

项目共获16项中国发明专利授权，20项国外专利授权，其他知识产权5项（含1项软件著作权）。其中2项发明专利获得中国专利优秀奖。截至2017年6月底，成果已推广至包括台湾在内的国内30余个省市及越南，检测总量达294余万人份，使我国成为世界上最大规模的遗传病基因筛查国家，其中筛查新生儿224余万例，通过遗传咨询，避免药物致聋并降低迟发性耳聋和后代聋儿出生率；筛查耳聋遗传高危人群4.8万例，通过遗传咨询使其避免生育聋儿；在产前筛查上，筛查孕早期个体3.6万例，通过必要的产前诊断避免聋儿出生；筛查发现携带线粒体突变个体5552例，通过追踪母系成员及发放用药指南，使约5.5万例携带者避免药物致聋。项目成果近三年累计销售额突破2.4亿元人民币。在北京等20个省市作为政府民心工程进行耳聋基因筛查，已取得良好的社会经济效益，并切实引领和促进了整个基因诊断产业的发展。

四、客观评价：

1.成果鉴定：

项目的芯片平台及仪器已通过验收并通过教育部鉴定，鉴定意见为：“整体技术达到国际先进水平，部分达到国际领先水平”。见附件3-7、8。

芯片和相关仪器平台技术在2006年美国FDA组织实施的微阵列芯片质控项目中取得同国际主流平台（安捷伦公司、TeleChem公司等）一致性较好的结果，美国FDA等专家关于质控结果的两篇相关论文发表在《Nature Biotechnology》杂志上（2006，24(9):1140-50，2010，28(8):827-38）。见附件3-11、12。

2.检测报告

本项目研发的九项遗传性耳聋基因检测试剂盒于2009年获得医疗器械注册证书，获得证书的前提是要通过中国食品药品检定研究院（中检院）等机构的注册检验，通过对产品的特异性、重复性、最低检测限等性能进行检验，该产品已检验合格并获得检验报告。本项目后续进一步研发的十五项遗传性耳聋基因检测试剂盒也已于2014年获得医疗器械注册证书。见附件3-1、2、9。

配套研制的芯片扫描仪于2010年获得医疗器械注册证书。同样该扫描仪在获证前也获得了中检院出具的注册检验报告。配套研制的全自动液体工作站于2013年获得医疗器械注册证书。另外扫描仪（LuxScan HT24）、点样仪（PersonalArrayer 16）、杂交仪（BioMixer II）、洗干仪（SlideWasher 8）均已通过CE认证。见附件3-3、4、5、6、10。

3.同行评价：

中国工程院院士、世界卫生组织防聋合作中心主任、中华医学会耳鼻咽喉头颈外科学分会前任主任委员、北京同仁医院耳鼻咽喉头颈外科专家韩德民教授在2015年“遗传性耳聋基因筛查突破百万暨科学与国际合作论坛”上对项目的创新技术和应用效果给予高度评价。中国医学科学院基础研究所张学教授（人类遗传学专家）在“东亚人类遗传学联盟2015年会”、“2015国际工程科技高端论坛-中国分子诊断技术暨第六届中国分子诊断技术大会”上，也对项目的创新技术和应用效果给予高度评价。见附件5-25。

4.国际学术影响力：

美国耳鼻咽喉头颈外科学院、外科学院院士、美国迈阿密大学医学院遗传性耳聋中心主任刘学忠教授在一系列国际会议上，介绍了项目的研发成果及应用，并对项目的创新性和应用效果给予高度评价，相关会议包括：2015第十届亚太人工耳蜗植入及相关科学大会（APSCI2015）、2015年华人遗传学大会、2015国际工程科技高端论坛-中国分子诊断技术暨第六届中国分子诊断技术大会、2017中国工程科技论坛-分子诊断技术暨第八届中国分子诊断技术大会，报告题目为“从DNA到临床应用：共创中美及全球聋病基因筛查策略”。他在上述会议报告中对项目评价：“解放军总医院和清华大学、博奥生物合作，基于分子病因学研究结果研发耳聋芯片并应用于大规模耳聋筛查，为聋病早期诊断和预