医生越来越多地使用遗传特征来诊断疾病并确定最佳治疗方案，但使用 DNA 测序和其他技术来检测基因组重排仍然成本高昂或能力有限。然而，弗吉尼亚联邦大学梅西癌症中心和 VCU 物理系的研究人员开发的一项创新突破有望以更低的成本诊断 DNA 重排突变并提高准确性。

在 VCU 物理学家 Jason Reed 博士的带领下，该团队开发了一种技术，该技术将称为数字聚合酶链反应 (dPCR) 的过程与高速原子力显微镜 (HSAFM) 相结合，以创建具有纳米级分辨率的图像，用户可以测量 DNA 序列中基因长度的差异。这些基因长度的变异，称为多态性，是准确诊断多种癌症和神经系统疾病的关键。

一项详细介绍该方法的研究最近发表在ACS Nano杂志上，研究小组在分子病理学协会和血液学会的年会上报告了他们的结果。VCU 梅西癌症中心在 2017 年描述了先前详细介绍 HSAFM 技术的研究。

“检测 DNA 序列重排所需的技术价格昂贵且可用性有限，但医学越来越依赖其提供的信息来准确诊断和治疗癌症和许多其他疾病，”癌症成员 Jason Reed 博士说VCU 梅西癌症中心的生物学研究项目和 VCU 人文与科学学院物理系副教授。“我们开发了一种系统，该系统将常规实验室过程与廉价但功能强大的原子显微镜相结合，与标准 DNA 测序相比，此应用程序提供了许多优势，而成本却只是其中的一小部分。”

dPCR 使用 DNA 聚合酶以指数方式克隆 DNA 或 RNA 样本，以进行进一步的实验或分析。然后将样品放置在原子平板上，使用 HSAFM 进行检查，HSAFM 将类似于唱机上的针的极其锋利的微型触笔拖过样品，以在分子水平上进行精确测量。该技术被 Reed 的团队改编为使用光学激光，就像 DVD 播放器中的激光一样，以比典型的原子力显微镜快数千倍的速度处理样品。研究人员随后开发了计算机代码来追踪每个 DNA 分子的长度。

该团队声称，使用他们的技术扫描每个 dPCR 反应的成本不到 1 美元。

为了证明该过程的临床效用，Reed 与医学博士 Amir Toor、医学博士、血液学肿瘤学家和梅西大学发育治疗研究项目的成员，以及医学博士 Alden Chesney 合作，他是 VCU 学院病理学系病理学副教授医学。他们一起将 Reed 的技术与当前用于诊断急性髓系白血病患者 FLT3 基因 DNA 长度多态性的标准测试进行了比较。与没有突变的患者相比，具有这些突变的患者通常具有更具侵袭性的疾病和较差的预后。

Reed 的技术准确识别了所有样本中的 FLT3 基因突变，并与当前黄金标准测试(LeukoStrat CDx FLT3 Mutation Assay)在测量基因片段长度方面的结果相匹配。然而，与当前测试不同的是，Reed 的分析还报告了变异等位基因分数 (VAF)。VAF 可以显示突变是否是遗传的，并允许检测当前测试可能遗漏的突变。

“我们选择关注 FLT3 突变，因为它们难以诊断，而且标准检测的能力有限，”里德说。“我们计划继续在涉及 DNA 结构突变的其他疾病中开发和测试这项技术。我们希望它可以成为世界各地医生治疗癌症和其他由 DNA 突变驱动的破坏性疾病的强大且具有成本效益的工具。”