基因芯片的概念
传统的细胞遗传学分析主要用于确定平衡和非平衡染色体结构和数值异常,医生在面临特定诊断需求时可能会要求进行染色体分析,例如唐氏综合症。然而,这种分析通常是在对整个基因组进行中等分辨率的检查时进行的,目的是找出导致患者临床问题的不平衡情况。因此,常规的细胞遗传学分析并不依赖于患者的表型,其检查范围涉及全染色体和特定分辨率下的所有谱带。全球发育迟缓儿童带状染色体分析的诊断率约为3.7%。

然而,分子细胞遗传学技术,例如荧光原位杂交(FISH),已经被引进到临床细胞遗传学实验室中,以提高分辨率。FISH技术能够针对特定的一个或多个染色体区域进行定位。测试可以针对患者表型所指示的特定位点进行,也可以用于研究多个基因座,例如亚端粒区域。利用亚端粒探针板,与临床相关的重排的诊断率约为2.5%。目前,比较基因组杂交(CGH)技术已经得到了发展,可以利用患者的DNA作为分析探针,用于帮助鉴定非平衡重排。通过将患者的DNA与参考样本进行比较,首先可以在中等分辨率下确定得失情况,因为该DNA样本与正常的中期染色体发生杂交。然而,由于中等分辨率的限制,阵列基因组杂交(array CGH)技术应运而生。在基于阵列的CGH中,人类基因组DNA片段(以寡核苷酸、细菌人工染色体(BAC)或其他DNA序列的形式)固定在固体支持物上,例如玻璃显微镜载玻片。此外,单核苷酸多态性(SNP)微阵列也可用于基因组拷贝数的评估。与CGH阵列不同之处在于,SNP微阵列仅与患者的基因组杂交而不与正常对照进行比较。通过比较患者的SNP强度与正常参考对照获得的一组标准SNP强度,可以推断DNA拷贝数的得失情况。
微阵列分析的诊断能力取决于微阵列中包含的基因组覆盖范围。使用有限的BAC阵列进行的诊断率约为10%。与传统细胞遗传学分析相比,微阵列分析具有更高的分辨率,可同时分析数百或数千个离散的基因座。这在单个FISH实验中是不可能的。在传统的细胞遗传学分析中,微阵列可用于检测基因组的不平衡区域。尽管目前的微阵列技术无法检测平衡重排和某些多倍体情况,但对于表型异常、发育迟缓或智力迟钝的个体,进行染色体分析主要是为了检测不平衡染色体重排,这些重排会导致染色体或染色体片段的净增益或净损失。因此,在临床细胞遗传学实验室中使用微阵列分析不会改变对接受传统细胞遗传学分析的儿童的方法,并可能取代对病因不明患者进行多次FISH研究的“逐步”方法。此外,微阵列分析可以作为传统细胞遗传学的辅助手段,进一步阐明通过分析检测到的染色体异常,避免了多次进行FISH研究的需求。