一种基因组拷贝数不稳定性的检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医学检测技术领域，特别涉及一种可检测基因组拷贝数不稳定性，进 而应用于癌症早期诊断筛查的装置。
【背景技术】
[0002] 癌症是恶性肿瘤的统称，癌细胞的特点是无限制、无止境地增生，使患者体内的营 养物质被大量消耗；癌细胞释放出多种毒素，使人体产生一系列症状；癌细胞还可转移到 全身各处生长繁殖，导致人体消瘦、无力、贫血、食欲不振、发热，最终还可破坏组织、器官的 结构和功能，引起坏死出血合并感染，患者最终由于器官功能衰竭而死亡。
[0003] 目前针对癌症常见的诊断方式，主要是采用X光、内窥镜、超声波、PET-CT等诊断 手段发现体内病兆，但通过仪器可发现的大多是病兆在几厘米以上的癌症，发现之时该肿 瘤组织往往已经对正常组织造成了损伤，甚至已错过了最佳治疗时机。因此，医学领域一直 在寻求癌症早期诊断的方法。癌症的早期诊断是指专门针对癌症早期患者的诊断方法，其 目的在于早发现早治疗，从而减轻患者痛苦和精神、经济负担，争取通过癌症早期诊断治疗 让癌症患者早日康复。
[0004] 虽然目前已有报道通过高通量测序对癌症病人的基因进行检测，用以指导癌症治 疗用药以及作为癌症早筛标准，但该技术的检测对象是肿瘤组织的基因突变位点，主要的 应用是发现癌症病人肿瘤组织的突变情况、以便进行个性化治疗。由于不同癌症病人的基 因发生突变的位点不一样、突变的频率也有差异，因此很难确定癌症的判别标准，将上述技 术用于癌症筛查时的特异性和准确率均不高。
[0005] 人体血液中存在大量游离的DNA(cfDNA，cell free DNA)，它们主要来自体细胞 的凋亡、坏死或主动释放。目前已知癌症病人的CfDNA含量显著高于正常人，平均约为正 常人的三倍以上。癌症病人的cfDNA中有一部分来自于肿瘤组织，这部分DNA也被称为 ctDNA(circulating tumor DNA)，在癌症发展的早期就能检测到。因此，通过检测癌症病人 血液中的ctDNA，来了解肿瘤组织中的基因突变情况，是早期癌症筛查的一个新思路。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种基于分子生物学测序技术，对血液中的游离DNA进行 全基因组测序，通过识别染色体拷贝数异常情况来判断受检者的血浆游离DNA是否存在基 因组拷贝数的不稳定性的装置，利用该装置的检测结果可判断受检者罹患癌症的风险。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测 装置包括：测序单元，其对待检者浆中的游离DNA进行全基因组测序，得到待检样本每个基 因组窗口的测序条数；计算单元，其根据待检样本每个基因组窗口的测序条数，计算待检样 本每个基因组窗口的拷贝数变异值；统计分析单元，其对待检样本每个基因组窗口的拷贝 数变异值进行统计，分析待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性；其中，基因组窗口的定 义为：将人类基因组序列分割成首尾相连、互不重叠且大小相同的片段，每个片段为一个基 因组窗口。进一步地，统计分析单元根据待检样本是否存在基因组拷贝数不稳定性，判断待 检者罹患癌症的风险。
[0008] 本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，将分子生物学测 序技术与生物信息分析技术相结合，可实现对癌症的早期诊断。使用该装置进行癌症筛查 时，只需抽取检测对象的血液样本，从血浆中抽提游离的DNA作为待检样本，通过装置中的 测序单元对游离DNA进行全基因组测序、然后通过装置中的计算单元和统计分析单元对测 序结果中所得出的"在某一特定大小的基因组窗口内的测序条数"进行计算和统计分析，以 "基因组拷贝数不稳定性作"为指标，来判别待检者是否处于癌症高危状态，从而实现癌症 的早期无创筛查或治疗效果评估。由于几乎所有的恶性实体瘤都存在染色体拷贝数变异， 通过分子生物学测序结果中每个染色体对应的测序条数，即可以反映染色体的异常情况。 染色体水平的异常也是判断良性和恶性肿瘤的重要指标，所以本发明的实施方式所提供的 基因组拷贝数不稳定性的检测装置既具备癌症的特异性（在各类疾病中只有恶性肿瘤存 在染色体异常），也具备对各类癌症的通用性（几乎所有的癌症都存在染色体异常情况）。
[0009] 与现有的癌症检查技术相比，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性 的检测装置具备以下特点：（1)无创：通过抽血来进行检测，对受检者的身体没有伤害，整 个检查过程几乎没有痛苦；（2)早期筛查：利用该装置能比影像诊断早几个月发现肿瘤组 织；（3)适用面广：能够发现几乎所有的实体瘤；(4)准确率和灵敏度高：基于基因水平进 行检测，不易发生误诊；（5)实时监控：游离DNA(CfDNA)在体内的半衰期为16分钟至1小 时，因此本装置的检测结果还能作为肿瘤术后或治疗效果评估的实时指标。
[0010] 优选地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置中，所定 义的每一个基因组窗口的大小可以为20Kb?10Mb。在本装置的检测过程中，这些首尾相 连、互不重叠且大小相同的基因组窗口，每一个均是独立的分析单元，窗口大小的划分可根 据筛查案例的实际情况来确定。例如，可以参考人类基因组参考序列GRCh38,将其分割成首 位相连且互不重叠的窗口：如每个窗口的大小为100K个碱基对，则得到约为3万个基因组 窗口；如每个窗口的大小为IMb个碱基对，则得到约为3千个基因组窗口。
[0011] 可选地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，测序单 元可包括高通量测序模块或基因芯片模块。当测序单元包括高通量测序模块时，该高通量 测序模块进一步包括建库试剂盒和高通量测序试剂盒；该高通量测序模块对待检血浆样本 中的游离DNA进行全基因组高通量测序，得到每个基因组窗口的测序条数。本装置中的高 通量测序模块可选择适用于各种高通量测序技术平台的建库试剂盒和高通量测序试剂盒， 例如Illumina、454、Life Technologies和PacBio等主流或其它高通量测序平台。
[0012] 此外，也可以用基因芯片测序来代替高通量测序，以实现本发明的检测目的。当测 序单元包括基因芯片模块时，该基因芯片模块进一步包括基因芯片和杂交信号检测器；该 基因芯片模块对待检血浆样本中的游离DNA进行杂交测序，并检测每个基因组窗口的杂交 信号强弱值，根据杂交信号强弱值定量出每个基因组窗口的测序条数。其中，上述的杂交信 号可以为荧光信号，则杂交信号检测器为荧光信号检测器。高通量测序技术或基因芯片技 术都可实现本发明的目的，相比之下，基因芯片模块的成本更低，但高通量测序模块的检测 准确率较高。
[0013] 进一步地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，计算 单元包括数据库模块和计算模块，该数据库模块提供：以一组健康人群血浆中的游离DNA 作为对照样本群，以测序单元相同的方法对该对照样本群进行全基因组测序，所得到对照 样本群每个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数 的百分比数和对照样本群每个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口 的平均总测序条数的百分比数的标准差。对于上述数据库模块，首先需要在模块中进行"数 据库的搭建"，即选择对一组健康人群（例如某一年龄段内，经过传统方法检测没有癌症发 生发展迹象的健康人）进行血液游离DNA的全基因组测序，测序的方法和对基因组窗口的 划分规则与测序单元中一致，在进行质量控制之后对该对照样本群统计每个基因组窗口的 平均测序条数以及所有基因组窗口的平均总测序条数。
[0014] 优选地，本发明的实施方式所提供的基因组拷贝数不稳定性的检测装置，计算模 块根据下式计算待检样本每个基因组窗口的拷贝数变异值：Z n= (Tn-Mn)/SDn，其中，Zn为待 检样本第 n个基因组窗口的拷贝数变异值，1为对照样本群第n个基因组窗口的平均测序 条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数的百分比数，T n为待检样本第η个基 因组窗口的测序条数占待检样本所有基因组窗口总测序条数的百分比数，SDn为对照样本 群第η个基因组窗口的平均测序条数占对照样本群所有基因组窗口的平均总测序条数百 分比数的标准差，η为自然数。上述将待检样本每个基因组窗口的测序条数，与健康人群所 提供的对照样本群每个基因组窗口的平均测序条数进行比较和计算，即得出待检样本每个 基因组窗口的拷贝数变异值Ζ η。