生物標(biāo)志物是指能反映生物體內(nèi)生理狀態(tài)、病理變化或?qū)λ幬锔深A(yù)反應(yīng)的可檢測分子,包括蛋白質(zhì)、核酸、代謝物、細胞因子等,其大量篩選是現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)研究與臨床應(yīng)用的核心環(huán)節(jié)之一。在腫瘤、免疫、代謝、神經(jīng)等熱門研究領(lǐng)域及相關(guān)疾病中,生物標(biāo)志物的精準(zhǔn)篩選的與應(yīng)用,不僅推動基礎(chǔ)研究的突破,更助力臨床診療模式向精準(zhǔn)化、個體化轉(zhuǎn)型。以下結(jié)合熱門研究方向,詳細闡述重要生物標(biāo)志物、大量篩選的核心價值及關(guān)鍵技術(shù)Luminex的應(yīng)用特點。
一、熱門研究領(lǐng)域及對應(yīng)重要生物標(biāo)志物
生物標(biāo)志物的篩選具有顯著的領(lǐng)域特異性,不同研究方向、不同疾病的核心生物標(biāo)志物存在明顯差異,其表達水平、分子特征與疾病的發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后及治療反應(yīng)密切相關(guān),以下聚焦四大熱門領(lǐng)域展開說明。
(一)腫瘤領(lǐng)域
腫瘤是生物標(biāo)志物研究最成熟、最熱門的領(lǐng)域,大量篩選腫瘤相關(guān)生物標(biāo)志物是實現(xiàn)早期診斷、預(yù)后評估及個體化治療的關(guān)鍵。腫瘤生物標(biāo)志物主要分為腫瘤特異性抗原、癌基因/抑癌基因產(chǎn)物、循環(huán)腫瘤相關(guān)分子等,不同腫瘤類型對應(yīng)特征性標(biāo)志物:
(1)肺癌:表皮生長因子受體(EGFR)是肺癌靶向治療的核心標(biāo)志物,其基因突變(如19外顯子缺失、21外顯子L858R突變)可指導(dǎo)吉非替尼、厄洛替尼等酪氨酸激酶抑制劑的使用;癌胚抗原(CEA)、鱗狀上皮細胞癌抗原(SCC)、細胞角蛋白19片段(CYFRA21-1)是臨床常用的肺癌輔助診斷與復(fù)發(fā)監(jiān)測標(biāo)志物,聯(lián)合檢測可提高診斷靈敏度。
(2)乳腺癌:人表皮生長因子受體2(HER2)擴增/過表達是乳腺癌的重要預(yù)后及治療標(biāo)志物,針對HER2陽性乳腺癌的曲妥珠單抗、帕妥珠單抗等靶向藥物可顯著改善患者預(yù)后;雌激素受體(ER)、孕激素受體(PR)的表達狀態(tài)決定內(nèi)分泌治療的有效性,Ki-67增殖指數(shù)可評估腫瘤侵襲性,指導(dǎo)治療方案選擇。
(3)膠質(zhì)瘤:作為最常見的原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤,其生物標(biāo)志物篩選近年來取得重要突破,異檸檬酸脫氫酶(IDH)突變是廣泛認可的分子標(biāo)志物,可用于膠質(zhì)瘤的分型與預(yù)后評估;二氫嘧啶脫氫酶(DPYD)和胸苷磷酸化酶(TYMP)是與核苷酸代謝重編程相關(guān)的預(yù)后標(biāo)志物,為膠質(zhì)瘤的治療提供新靶點;此外,神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)、膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)也可用于膠質(zhì)瘤的輔助診斷與病情監(jiān)測,其中GFAP水平升高與患者生存期密切相關(guān)。
(4)其他腫瘤:甲胎蛋白(AFP)是原發(fā)性肝癌的特異性標(biāo)志物,靈敏度可達70%以上;前列腺特異性抗原(PSA)是前列腺癌的篩查與監(jiān)測核心標(biāo)志物;糖類抗原125(CA125)、糖類抗原19-9(CA19-9)分別用于卵巢癌、胰腺癌的輔助診斷與復(fù)發(fā)預(yù)警。
(二)免疫領(lǐng)域
免疫領(lǐng)域的生物標(biāo)志物主要用于評估機體免疫功能、自身免疫病診斷、免疫治療療效監(jiān)測等,核心聚焦于免疫細胞表面分子、細胞因子、自身抗體等,其大量篩選對免疫相關(guān)疾病的機制研究與治療優(yōu)化具有重要意義:
(1)自身免疫。類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(RA)的核心標(biāo)志物為類風(fēng)濕因子(RF)、抗環(huán)瓜氨酸肽抗體(抗CCP抗體),二者聯(lián)合檢測可提高RA的早期診斷準(zhǔn)確率,且抗CCP抗體與疾病活動性、關(guān)節(jié)損傷密切相關(guān);系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)的特征性標(biāo)志物包括抗核抗體(ANA)、抗雙鏈DNA抗體(抗dsDNA抗體)、抗Sm抗體,其中抗dsDNA抗體的滴度與病情活動度正相關(guān);干燥綜合征(SS)的標(biāo)志性抗體為抗SSA抗體、抗SSB抗體。
(2)免疫治療監(jiān)測:免疫檢查點抑制劑(如PD-1/PD-L1抑制劑)是目前腫瘤免疫治療的核心手段,PD-L1在腫瘤組織中的表達水平是篩選治療獲益人群的關(guān)鍵標(biāo)志物,高表達患者對免疫治療的響應(yīng)率顯著升高;此外,程序性死亡配體1(PD-L1)、細胞毒性T淋巴細胞相關(guān)抗原4(CTLA-4)、白細胞介素(IL-6、IL-10、IFN-γ)等細胞因子的表達變化,可用于評估免疫治療過程中的免疫應(yīng)答狀態(tài),及時調(diào)整治療方案。
(3)免疫功能評估:CD4+T細胞、CD8+T細胞、CD19+B細胞、自然殺傷(NK)細胞的數(shù)量及比例,可反映機體細胞免疫與體液免疫功能;IL-2、TNF-α等促炎細胞因子的異常升高提示炎癥反應(yīng)激活,而IL-10等抗炎細胞因子的失衡與自身免疫病、感染性疾病的發(fā)生密切相關(guān)。
(三)代謝領(lǐng)域
代謝領(lǐng)域的生物標(biāo)志物主要反映機體物質(zhì)代謝紊亂狀態(tài),用于代謝性疾病的早期篩查、病因診斷及病情監(jiān)測,核心包括糖代謝、脂代謝、氨基酸代謝相關(guān)分子,大量篩選可揭示代謝紊亂的核心機制,為疾病干預(yù)提供靶點:
(1)糖尿病:空腹血糖(FBG)、餐后2小時血糖(2hPG)、糖化血紅蛋白(HbA1c)是糖尿病診斷與血糖控制監(jiān)測的核心標(biāo)志物,其中HbA1c可反映近2-3個月的平均血糖水平,是評估長期血糖控制效果的金標(biāo)準(zhǔn);胰島素抵抗相關(guān)標(biāo)志物(如胰島素、C肽)可用于區(qū)分1型與2型糖尿病,指導(dǎo)治療方案制定;此外,糖化白蛋白(GA)可反映近2-3周的血糖變化,適用于短期血糖監(jiān)測。
(2)肥胖與代謝綜合征:甘油三酯(TG)、總膽固醇(TC)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)是脂代謝紊亂的核心標(biāo)志物,其異常升高與肥胖、動脈粥樣硬化、冠心病等疾病密切相關(guān);瘦素(Leptin)、脂聯(lián)素(Adiponectin)是脂肪細胞分泌的關(guān)鍵激素,瘦素水平升高與肥胖、胰島素抵抗正相關(guān),脂聯(lián)素水平降低則提示代謝紊亂風(fēng)險增加。
(3)其他代謝性疾病:尿酸(UA)是痛風(fēng)的特異性標(biāo)志物,血尿酸水平升高是痛風(fēng)發(fā)作的核心誘因;丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(ALT)、天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(AST)是肝功能損傷的標(biāo)志物,其升高提示肝細胞受損,與脂肪肝、病毒性肝炎等代謝相關(guān)肝病密切相關(guān);膠質(zhì)瘤等疾病中也存在代謝標(biāo)志物異常,如α-氨基丁酸、乳酸水平升高,反映腫瘤細胞的厭氧代謝特征。
(四)神經(jīng)領(lǐng)域
神經(jīng)領(lǐng)域的生物標(biāo)志物主要用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的早期診斷、病理分型及預(yù)后評估,由于神經(jīng)系統(tǒng)疾病多具有隱匿性、進展性特點,大量篩選生物標(biāo)志物對提高診療效率、改善患者預(yù)后至關(guān)重要,核心標(biāo)志物包括神經(jīng)特異性蛋白、神經(jīng)遞質(zhì)、炎癥因子等:
(1)阿爾茨海默。ˋD):β淀粉樣蛋白(Aβ)、tau蛋白是AD的核心病理標(biāo)志物,Aβ沉積形成的老年斑、tau蛋白過度磷酸化形成的神經(jīng)纖維纏結(jié),是AD的典型病理特征;血液或腦脊液中Aβ42/Aβ40比值降低、磷酸化tau蛋白(p-tau)水平升高,可用于AD的早期篩查與鑒別診斷;此外,神經(jīng)絲輕鏈(NfL)可反映神經(jīng)軸索損傷,其水平升高與AD的病情進展正相關(guān)。
(2)帕金森。≒D):α-突觸核蛋白(α-syn)是PD的特征性標(biāo)志物,其異常聚集形成的路易小體是PD的核心病理改變;腦脊液中α-syn水平升高、多巴胺代謝產(chǎn)物(如高香草酸HVA)水平降低,可輔助PD的診斷與病情監(jiān)測;此外,DJ-1蛋白、Parkin蛋白的突變與家族性PD密切相關(guān),是PD的遺傳相關(guān)標(biāo)志物。
(3)其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病:多發(fā)性硬化癥(MS)的核心標(biāo)志物為髓鞘堿性蛋白(MBP)、寡克隆帶(OCB),MBP水平升高提示髓鞘損傷,OCB陽性是MS的重要診斷依據(jù);癲癇患者的腦脊液中谷氨酸、γ-氨基丁酸(GABA)等神經(jīng)遞質(zhì)水平異常,可反映神經(jīng)元興奮性失衡,為癲癇的病因診斷提供線索;膠質(zhì)瘤等腦部腫瘤也存在神經(jīng)相關(guān)標(biāo)志物異常,如神經(jīng)遞質(zhì)受體蛋白的表達變化,可用于腫瘤分型。
二、大量篩選生物標(biāo)志物的重要性
生物標(biāo)志物的大量篩選并非單一標(biāo)志物的孤立檢測,而是通過高通量技術(shù),從海量生物分子中篩選出具有特異性、敏感性、穩(wěn)定性的核心標(biāo)志物,其重要性貫穿基礎(chǔ)研究、臨床診療、藥物研發(fā)等多個環(huán)節(jié),具體體現(xiàn)在以下四個方面。
(一)推動基礎(chǔ)研究,揭示疾病發(fā)病機制
大量篩選生物標(biāo)志物可幫助研究者快速定位與疾病相關(guān)的分子靶點,揭示疾病的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律。許多疾病(如腫瘤、自身免疫病、神經(jīng)系統(tǒng)疾。┑陌l(fā)病機制復(fù)雜,涉及多基因、多通路、多分子的協(xié)同作用,單一標(biāo)志物難以反映疾病的整體病理狀態(tài)。通過大量篩選,可識別出疾病相關(guān)的分子網(wǎng)絡(luò),明確不同分子之間的相互作用,進而闡明疾病的核心發(fā)病機制——例如,通過篩選膠質(zhì)瘤的蛋白質(zhì)組學(xué)特征,發(fā)現(xiàn)代謝酶與神經(jīng)遞質(zhì)受體蛋白的異常表達可將膠質(zhì)瘤分為代謝神經(jīng)亞型和免疫亞型,揭示了代謝和免疫過程在膠質(zhì)瘤發(fā)病中的關(guān)鍵作用,為疾病的機制研究提供了重要線索。
(二)優(yōu)化臨床診療,實現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療
大量篩選生物標(biāo)志物是實現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療的核心前提,其核心價值體現(xiàn)在疾病的早期診斷、預(yù)后評估、治療指導(dǎo)三個方面。一是早期診斷,許多疾。ㄈ缒[瘤、AD)早期癥狀隱匿,傳統(tǒng)診療手段難以發(fā)現(xiàn),而通過大量篩選,可找到疾病早期的特征性生物標(biāo)志物,實現(xiàn)“早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療”,顯著提高患者生存率——例如,肺癌的EGFR、CEA等標(biāo)志物聯(lián)合篩選,可在癌前病變階段發(fā)現(xiàn)異常信號,為早期干預(yù)提供依據(jù)。二是預(yù)后評估,通過篩選與疾病預(yù)后相關(guān)的標(biāo)志物,可精準(zhǔn)判斷患者的病情進展、復(fù)發(fā)風(fēng)險及生存期,為臨床決策提供科學(xué)依據(jù)——例如,膠質(zhì)瘤患者中DPYD、TYMP的表達水平可用于預(yù)后判斷,指導(dǎo)個體化隨訪方案制定。三是治療指導(dǎo),通過篩選與治療反應(yīng)相關(guān)的標(biāo)志物,可區(qū)分不同患者的治療敏感性,避免無效治療與過度治療,實現(xiàn)個體化治療——例如,腫瘤患者的PD-L1表達水平可指導(dǎo)免疫檢查點抑制劑的使用,HER2表達狀態(tài)可指導(dǎo)靶向藥物選擇。
(三)加速藥物研發(fā),降低研發(fā)成本
生物標(biāo)志物的大量篩選可顯著優(yōu)化藥物研發(fā)流程,提高研發(fā)效率,降低研發(fā)成本。在藥物研發(fā)的早期階段,通過大量篩選,可找到與藥物作用靶點相關(guān)的生物標(biāo)志物,明確藥物的作用機制,篩選出具有潛在療效的藥物候選物;在臨床試驗階段,可將生物標(biāo)志物作為篩選試驗人群、評估藥物療效、監(jiān)測藥物安全性的指標(biāo),減少臨床試驗的樣本量,縮短研發(fā)周期,降低研發(fā)失敗率——例如,在抗腫瘤藥物研發(fā)中,通過篩選與腫瘤細胞增殖、凋亡相關(guān)的標(biāo)志物,可快速識別潛在藥物靶點,開發(fā)更具針對性的藥物;在免疫治療藥物研發(fā)中,PD-L1等標(biāo)志物可用于篩選獲益人群,提高臨床試驗的成功率。
(四)助力疾病監(jiān)測,完善防控體系
對于慢性疾病(如糖尿病、高血壓、腫瘤),大量篩選生物標(biāo)志物可實現(xiàn)病情的動態(tài)監(jiān)測,及時調(diào)整治療方案,降低并發(fā)癥風(fēng)險。例如,糖尿病患者通過定期檢測血糖、HbA1c、胰島素等標(biāo)志物,可動態(tài)掌握血糖控制情況,及時調(diào)整降糖藥物劑量;腫瘤患者通過監(jiān)測CEA、PSA等標(biāo)志物的表達變化,可早期發(fā)現(xiàn)腫瘤復(fù)發(fā)與轉(zhuǎn)移,及時干預(yù)治療。此外,在公共衛(wèi)生領(lǐng)域,通過大量篩選傳染病相關(guān)生物標(biāo)志物,可提高傳染病的篩查效率,預(yù)測疾病爆發(fā)趨勢,優(yōu)化防控資源配置,完善公共衛(wèi)生防控體系。
三、生物標(biāo)志物大量篩選的核心技術(shù)——Luminex技術(shù)
隨著生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展,高通量篩選技術(shù)逐漸成為生物標(biāo)志物大量篩選的核心手段,其中Luminex(液相芯片技術(shù))憑借其高通量、高靈敏度、微量樣本需求等優(yōu)勢,成為目前生物標(biāo)志物篩選中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一,廣泛應(yīng)用于腫瘤、免疫、代謝、神經(jīng)等多個研究領(lǐng)域。
(一)技術(shù)核心原理
Luminex技術(shù)又稱懸浮陣列技術(shù),是以熒光編碼微球為核心的高通量多因子檢測平臺,其核心原理是利用兩種不同比例的熒光染料嵌入聚苯乙烯微球中,形成多達數(shù)百種具有獨特光譜地址的微球群體,每種微球可偶聯(lián)針對特定目標(biāo)分子的捕獲探針(如抗體、寡核苷酸等)。檢測時,將微球與待測樣本在液相中充分混合,目標(biāo)分子與微球表面的捕獲探針特異性結(jié)合,隨后加入熒光標(biāo)記的檢測抗體,形成“微球-捕獲抗體-目標(biāo)分子-檢測抗體”的免疫夾心復(fù)合物;儀器通過兩束激光分別識別微球的編碼(確定檢測目標(biāo))和報告熒光信號強度(定量目標(biāo)分子濃度),從而實現(xiàn)單一樣本中數(shù)百種生物標(biāo)志物的同時檢測與定量分析。該技術(shù)整合了激光技術(shù)、流體力學(xué)、高速數(shù)字信號處理等核心組件,結(jié)合專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件,可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速獲取與精準(zhǔn)分析。
(二)技術(shù)核心優(yōu)勢
相較于傳統(tǒng)的ELISA、Real-time PCR等檢測技術(shù),Luminex技術(shù)在生物標(biāo)志物大量篩選中具有顯著優(yōu)勢,適配高通量、多指標(biāo)的篩選需求:
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高通量高效:單一樣本可同時檢測多達數(shù)百種目標(biāo)分子,極大縮短了檢測時間,提高了生物標(biāo)志物的篩選效率,解決了傳統(tǒng)技術(shù)一次只能檢測單一指標(biāo)的局限性,尤其適用于大規(guī)模樣本的批量篩選。
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微量樣本需求:僅需微升級別的樣本(如血清、腦脊液、細胞裂解液)即可完成數(shù)十至數(shù)百種指標(biāo)的平行檢測,對珍貴樣本(如臨床穿刺樣本、小鼠體液)具有重要價值,避免了樣本量不足導(dǎo)致的檢測限制。
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高靈敏度與寬檢測范圍:該技術(shù)的檢測靈敏度可達pg/mL級別,能夠精準(zhǔn)檢測低豐度生物標(biāo)志物(如微量細胞因子、腫瘤標(biāo)志物);同時具有較寬的動力學(xué)檢測范圍(通常可達3.5-4.5個數(shù)量級),減少了高濃度樣本的稀釋步驟和低豐度樣本的漏檢風(fēng)險,提高了檢測的準(zhǔn)確性。
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靈活性與可定制性:研究者可根據(jù)研究目的,靈活選擇不同目標(biāo)的檢測微球,構(gòu)建定制化的檢測組合,適配腫瘤、免疫、代謝、神經(jīng)等不同領(lǐng)域的生物標(biāo)志物篩選需求,無需更換檢測平臺。
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液相反應(yīng)優(yōu)勢:檢測反應(yīng)在接近生理環(huán)境的液相中進行,更有利于保持蛋白質(zhì)、核酸等生物分子的天然構(gòu)象和結(jié)合活性,反應(yīng)動力學(xué)更優(yōu),檢測結(jié)果更接近生物體內(nèi)的真實狀態(tài)。
(三)技術(shù)應(yīng)用場景
Luminex技術(shù)憑借其核心優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于生物標(biāo)志物的大量篩選及相關(guān)研究,覆蓋多個熱門領(lǐng)域:
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腫瘤領(lǐng)域:用于腫瘤標(biāo)志物的高通量篩選與驗證、腫瘤微環(huán)境中多因子(如細胞因子、血管生成因子)的同步檢測,助力腫瘤分型、預(yù)后評估及治療反應(yīng)監(jiān)測,例如膠質(zhì)瘤中DPYD、TYMP等代謝標(biāo)志物的篩選與定量分析。
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免疫領(lǐng)域:用于免疫細胞因子、自身抗體的高通量檢測,如Th1/Th2/Th17相關(guān)細胞因子譜的分析,可全面評估機體免疫應(yīng)答狀態(tài),輔助自身免疫病的診斷與免疫治療療效監(jiān)測。
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代謝領(lǐng)域:用于糖代謝、脂代謝、氨基酸代謝相關(guān)分子的同步檢測,可快速篩選代謝紊亂相關(guān)標(biāo)志物,助力糖尿病、肥胖、脂肪肝等代謝性疾病的機制研究與早期篩查。
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神經(jīng)領(lǐng)域:用于腦脊液或腦組織中神經(jīng)炎癥因子、神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)特異性蛋白的高通量檢測,為AD、PD、膠質(zhì)瘤等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的生物標(biāo)志物篩選、病理機制研究提供技術(shù)支撐。
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藥物研發(fā):用于臨床前及臨床試驗中,評估疫苗誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)廣度、監(jiān)測藥物干預(yù)后體內(nèi)多指標(biāo)的動態(tài)變化,進行藥效學(xué)評估,加速藥物研發(fā)進程。
四、總結(jié)
生物標(biāo)志物的大量篩選是連接基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用的橋梁,在腫瘤、免疫、代謝、神經(jīng)等熱門研究領(lǐng)域,通過大量篩選精準(zhǔn)識別核心生物標(biāo)志物,不僅能夠揭示疾病發(fā)病機制、優(yōu)化臨床診療流程、加速藥物研發(fā),更能推動精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展,為疾病的早期干預(yù)、個體化治療提供科學(xué)依據(jù)。Luminex技術(shù)作為高通量篩選的核心技術(shù),憑借其高通量、高靈敏度、微量樣本需求等優(yōu)勢,解決了傳統(tǒng)檢測技術(shù)的局限性,成為生物標(biāo)志物大量篩選的首選技術(shù)之一,為多領(lǐng)域生物標(biāo)志物研究提供了強有力的技術(shù)支撐。未來,隨著技術(shù)的不斷迭代升級,生物標(biāo)志物的大量篩選將更加高效、精準(zhǔn),進一步推動生物醫(yī)學(xué)研究的突破與臨床診療水平的提升。
五、生物標(biāo)志物篩選哪里有?
樂備實提供生物標(biāo)志物篩選相關(guān)超多panel。
樂備實(上海優(yōu)寧維生物科技股份有限公司旗下全資子公司),是國內(nèi)專注于提供高質(zhì)量蛋白檢測以及組學(xué)分析服務(wù)的實驗服務(wù)專家,自2018年成立以來,樂備實不斷尋求突破,公司的服務(wù)技術(shù)平臺已擴展到單細胞測序、空間多組學(xué)、流式檢測、超敏電化學(xué)發(fā)光、Luminex多因子檢測、抗體芯片、PCR Array、ELISA、Elispot、PLA蛋白互作、多色免疫組化、DSP空間多組學(xué)等30多個,建立起了一套涵蓋基因、蛋白、細胞以及組織水平實驗的完整檢測體系。
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