CY类荧光染料的合成及基于荧光染料的SNP检测和应用研究

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目的:随着药物基因组学的发展,越来越多的药物可以依据个人的基因型来个体化的计算给药剂量,进而减小和避免药物毒副作用。而由于目前对于病人的基因型的检测价格昂贵且检测方法复杂,需要时间长,不适合广泛使用。本课题从影响检测价格的两个关键因素荧光素成本和检测方法上进行研究,对目前价格昂贵的荧光染料CY3和CY5的合成方法及以华法林为例的基因检测方法进行了研究,期望可以从这两方面降低成本和简化检测方法。  方法:从荧光素CY3和CY5的传统合成方法入手,逐步分析每一步骤中的产率,反应平衡,分离纯化方法等,参考国内外相关研究,从溶剂替换,物理条件的替换,催化剂的引入等对方法进行改进。在此基础上对目前多种SNP基因检测方法如DNA测序法,taqman探针法,分子信标法,进行比较和改进,设计并合成分子信标,以血液提取的DNA为模板,通过不对称PCR反应扩增单链模板,分子信标在特定温度下与单链模板特异结合后,发出荧光信号;根据荧光信号对华法林剂量相关基因进行检测,与DNA测序结果比对。用此方法对临床血液标本进行基因检测,根据基因检测结果计算华法林的初始给药剂量和理论维持剂量,对63个患者标本进行回顾性研究,对10个患者标本进行前瞻性研究,比较理论维持剂量与病人实际维持剂量的相关性。使用SPSS统计分析软件进行相关性研究。  结果:通过对荧光素CY3和CY5的研究,并用氢谱质谱对合成出的Cy3、Cy5及各个中间体进行了表征。发现了其中间体1-(ε-羧戊基)-2,3,3-三甲基吲哚-5-磺酸盐的合成是关键限速步骤,并改进了实验方法,对其进行分离和纯化,使得产率得到了很大的提高,同时使最终产物的分离纯化得到简化,从而降低了CY类荧光素的生产成本。而基于不对称PCR的新型分子信标基因检测结果与DNA测序结果一致,但该分子信标方法更简单。在回顾性研究和前瞻性研究中,华法林理论维持剂量和实际维持剂量均呈正态分布,二者高度相关,决定系数R2分别为:(回顾性研究:42.7%;前瞻性研究:47.3%)与以往的研究结果相符。  结论:改进后的方法提高了最后一步的反应原料的纯度,使得最终产物的产率大大提高,降低了副产物的产生,使最终产物的分离纯化方法简化,时间缩短同时使得原料的利用率提高了30%。使总的生产成本约降低了30%。  以华法林相关基因检测为例,本实验结合分子信标基因检测技术对传统分子信标进行了适合实验的改进,设计的分子信标的柄的一端,有部分碱基与模板链相匹配。这样设计的分子信标,在闭环成发卡结构时,保持了自身的稳定性和猝灭效果,而当它与模板特异性的结合后,可以有效的抑制在降低温度时柄自身结合与探针和模板结合的竞争。  同时本实验中选取不对称PCR,目的是为了提供大量的目标模板便于分子信标的结合,终点检测方法的选择是在不对称PCR的基础上决定的,与单链DNA结合的分子信标不存在模板反向互补的链竞争挤掉,保证了终点时可以检测到荧光而不会出现假阴性。  回顾性研究通过新的分子信标分型方法,研究了63例病人样本的华法林相关基因型,并研究了结合病人基本情况推算了维持剂量,通过SPSS软件研究了通过该公式计算的维持剂量和实际剂量的关系,并通过散点图计算其趋势曲线,得到二者的相关性达到了42.7%,本结果与近期国内外研究结果类似,说明本检测方法在临床快速基因检测中具有很高的可操作性。  前瞻性的研究通过新的分子信标基因分型方法快速简便的对10名患者进行了华法林相关基因的分型(通过测序进行了验证)。并在基因分型的基础上,结合病人的基本情况,依据文献的公式及方法确定了病人的初始给药剂量和维持给药剂量,二者相关性R甚至达到0.68以上,说明在不考虑患者自身生活习惯(吸烟,作息情况等)等条件下可以给出约50%推测剂量与实际剂量基本吻合。具有较高的指导用药价值。
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