遗传性耳聋基因诊断芯片系统的研制及其应用-清华大学成果与知识

公示内容

一、项目名称：遗传性耳聋基因诊断芯片系统的研制及其应用 二、提名单位意见：

此项遗传性耳聋基因诊断芯片系统是国际首个获得临床行政批准的耳聋分子诊断产品，具有准确、灵敏、高效、稳定等特点，解决了痕量样品基因检测的难题，且研制出全套适合大规模筛查的配套仪器及整体解决方案。项目已获授权专利40项（含中国发明专利16项，国外专利20项），其中2项获得中国专利优秀奖。获得软件著作权证1项，医疗器械注册证书4个。项目成果于2017年获得黄家驷生物医学工程奖一等奖及中华医学科技奖二等奖，2015年获得妇幼健康科学技术奖科技成果奖一等奖，2014年获得北京市科学技术奖二等奖，2010年获国家重点新产品称号。

2009年至今的应用实践中，该项目在婚育指导、产前筛查、新生儿和高危人群筛查耳聋病因诊断等领域，都取得了良好的社会效益和经济效益，已推广到全国包括在内的30余个省市及越南，并在20个省市纳入民心工程。截至今年6月底，已成功检测294余万人份。使我国成为国际上规模最大的遗传病分子筛查的国家。通过提前干预，降低了耳聋出生缺陷，为提高我国人口质量起到了突出的支撑作用，经卫生经济学分析，耳聋基因筛查的效益成本比为7.27:1。项目成果近三年累计销售额突破2.4亿元人民币。

对照国家技术发明奖授奖条件，提名该项目为国家技术发明奖二等奖。

三、项目简介：

我国听力残疾者高达2054万，占残疾人总数24%，居第二位，且每年新增3万聋儿。在治疗方面，除昂贵的人工耳蜗植入外，重度耳聋尚无法治疗。因此，早期诊聋防聋至关重要。研究表明，60%重度耳聋源于遗传，且具有高度种族及等位基因遗传异质性。然而对于多基因、多位点、多样本分析，传统技术要么操作繁琐、通量低；要么平台昂贵且耗费人力物力，如测序法。迫切需要在阐明中国耳聋群体遗传致聋因素基础上，研发高精度、高灵敏度、高通量、低成本的新型基因突变检测技术及配套设备，以实现规模化预防耳聋。

项目组在国家863等重大项目支持下，取得如下创新成果：

技术发明点一：在临床收集了7630例耳聋临床病例和28例正常个体样本，进行遗传性耳聋高危人群的分子病因学研究，确定GJB2、SLC26A4、12SrRNA、GJB3为中国人群主要的遗传性耳聋致病基因及其上9个突变为中国耳聋人群高发突变。

技术发明点二：发明了①多重等位基因特异性扩增及通用芯片技术；②提高基因扩增特异性的人工引入错配碱基技术；③磁珠分离富集单链DNA及磁珠、荧光双标记技术；④利用表面张力精确控制杂交技术。基于上述技术发明，项目组率先研制出全球首款耳聋基因诊断芯片，可同时检测技术发明点一中选出来的4个最常见的致聋基因上的9个突变热点。该芯片于2009年获得医疗器械注册证书，2010年获得国家重点新产品称号，是至今获证最早、覆盖位点最多、筛查人群最大，且唯一实现干血斑等痕量样品检测的高灵敏度产品。

技术发明点三：围绕芯片核心技术，发明了芯片点样仪、芯片杂交仪、芯片扫描仪等配套设备，形成了系统的芯片制备、反应及检测平台；还发明了全自动液体工作站，实现了核酸自动提取和单链DNA制备，使筛查的效率和准确性得到进一步保障。芯片扫描仪于2010年获得医疗器械注册证书，全自动液体工作站于2013年获得医疗器械注册证书。上述设备共获4项北京市自主创新产品奖。

项目共获16项中国发明专利授权，20项国外专利授权，其他知识产权5项（含1项软件著作权）。其中2项发明专利获得中国专利优秀奖。截至2017年6月底，成果已推广至包括在内的国内30余个省市及越南，检测总量达294余万人份，使我国成为世界上最大规模的遗传病基因筛查国家，其中筛查新生儿224余万例，通过遗传咨询，避免药物致聋并降低迟发性耳聋和后代聋儿出生率；筛查耳聋遗传高危人群4.8万例，通过遗传咨询使其避免生育聋儿；在产前筛查上，筛查孕早期个体3.6万例，通过必要的产前诊断避免聋儿出生；筛查发现携带线粒体突变个体5552例，通过追踪母系成员及发放用药指南，使约5.5万例携带者避免药物致聋。项目成果近三年累计销售额突破2.4亿元人民币。在北京等20个省市作为民心工程进行耳聋基因筛查，已取得良好的社会经济效益，并切实引领和促进了整个基因诊断产业的发展。

四、客观评价：

1.成果鉴定：

项目的芯片平台及仪器已通过验收并通过教育部鉴定，鉴定意见为：“整体技术达到国际先进水平，部分达到国际领先水平”。见附件3-7、8。

芯片和相关仪器平台技术在2006年美国FDA组织实施的微阵列芯片质控项目中取得同国际主流平台（安捷司、TeleChem公司等）一致性较好的结果，美国FDA等专家关于质控结果的两篇相关论文发表在《Nature Biotechnology》杂志上（2006，24(9):1140-50，2010，28(8):827-38）。见附件3-11、12。

2.检测报告

本项目研发的九项遗传性耳聋基因检测试剂盒于2009年获得医疗器械注册证书，获得证书的前提是要通过中国食品药品检定研究院（中检院）等机构的注册检验，通过对产品的特异性、重复性、最低检测限等性能进行检验，该产品已检验合格并获得检验报告。本项目后续进一步研发的十五项遗传性耳聋基因检测试剂盒也已于2014年获得医疗器械注册证书。见附件3-1、2、9。

配套研制的芯片扫描仪于2010年获得医疗器械注册证书。同样该扫描仪在获证前也获得了中检院出具的注册检验报告。配套研制的全自动液体工作站于2013年获得医疗器械注册证书。另外扫描仪（LuxScan HT24）、点样仪

（PersonalArrayer 16）、杂交仪（BioMixer II）、洗干仪（SlideWasher 8）均已通过CE认证。见附件3-3、4、5、6、10。

3.同行评价：

中国工程院院士、世界卫生组织防聋合作中心主任、中华医学会耳鼻咽喉头颈外科学分会前任主任委员、北京同仁医院耳鼻咽喉头颈外科专家韩德民教授在2015年“遗传性耳聋基因筛查突破百万暨科学与国际合作论坛”上对项目的创新技术和应用效果给予高度评价。中国医学科学院基础研究所张学教授（人类遗传学专家）在“东亚人类遗传盟2015年会”、“2015国际工程科技高端论坛-中国分子诊断技术暨第六届中国分子诊断技术大会”上，也对项目的创新技术和应用效果给予高度评价。见附件5-25。

4.国际学术影响力：

美国耳鼻咽喉头颈外科学院、外科学院院士、美国迈阿密大学医学院遗传性耳聋中心主任刘学忠教授在一系列国际会议上，介绍了项目的研发成果及应用，并对项目的创新性和应用效果给予高度评价，相关会议包括：2015第十届亚太人工耳蜗植入及相关科学大会（APSCI2015）、2015年华人遗传学大会、2015国际工程科技高端论坛-中国分子诊断技术暨第六届中国分子诊断技术大会、2017中国工程科技论坛-分子诊断技术暨第八届中国分子诊断技术大会，报告题目为“从DNA到临床应用：共创中美及全球聋病基因筛查策略”。他在上述会议报告中对项目评价：“总医院和清华大学、博奥生物合作，基于分子病因学研究结果研发耳聋芯片并应用于大规模耳聋筛查，为聋病早期诊断和预

防提供了新途径”。正因为项目的良好应用效果，美国迈阿密大学医学院（全美第二大医疗中心）于2014年启动与项目完成单位的科研合作，已开发成功欧美人群遗传性耳聋基因检测芯片，目前芯片和仪器已在美国迈阿密大学已通过测试，发表了相关论文（PloS One, 2017, 12(3):e0169219）。见附件5-14、24。

5.获奖情况：

“一种检测遗传耳聋的试剂盒”获2015年国家知识产权局中国专利优秀奖；“一种激光微阵列芯片扫描仪”获2013年国家知识产权局中国专利优秀奖。见附件5-15、16。

“遗传性耳聋基因诊断芯片的研制及其临床应用”项目2017年中国生物医学工程学会黄家驷生物医学工程奖一等奖；获2017年中华医学科技奖二等奖；获2015年妇幼健康研究会全国妇幼健康科学技术奖科技成果奖一等奖；获2014年北京市科学技术奖二等奖。见附件5-17、18、19、20。

“九项遗传性耳聋基因检测试剂盒（微阵列芯片法）”获2010年科学技术部国家重点新产品称号。见附件5-21。

五、推广应用情况：

截至今年6月底，全国应用项目成果进行遗传性耳聋检测人数共294余万，是全球最大规模使用分子检测技术对遗传性疾病的筛查和诊断，共发现500余名先天性聋儿和5500余名药物性耳聋敏感个体。帮助5.5万余例突变基因携带个体避免药物致聋，并避免生育聋儿。北京、成都等20个省市应用项目成果开展了遗传性耳聋基因筛查，已筛查224余万名新生儿。包括在内的30余个省市的150多家医院搭建了耳聋基因筛查和诊断平台。

主要应用单位情况（不超过15个）

序号 应用单位名称 应用技术 应用起止时间 应用单位 联系人及电话 经济/社会效益 1 北京博奥医学检验所有限公司 耳聋基因诊断芯片系统 2012年至今 2010年至今 2012年至今 2012年至今 2012年至今 2013年至今 2012年至今 邓涛/ 赵丽萍/ 郭永丽/ 王立斌/ 孙成铭/ 张彦/ 曲春燕/ 见附件2-1 见附件2-2 见附件2-3 见附件2-4 见附件2-5 见附件2-6 见附件2-7 2 首都医科大学附属北京同仁医院 耳聋基因诊断芯片系统 3 首都医科大学附属北京儿童医院 耳聋基因诊断芯片系统 4 宁夏医科大学总医院 5 烟台毓璜顶医院 6 济南市妇幼保健院 7 中国听力语言康复研究中心 耳聋基因诊断芯片系统 耳聋基因诊断芯片系统 耳聋基因诊断芯片系统 耳聋基因诊断芯片系统

六、主要知识产权证明目录：（不超过10项，前3项为核心知识产权）

序知识产权号 类别 知识产权具体名称 国家 授权号 授权日期 证书编号 权利人 博奥生物有限公司；清华大学 博奥生物集团有限公司；清华大学 博奥生物集团有限公司；清华大学 博奥生物集团有限公司；清华大学 博奥生物有限公司；清华大学 发明人 张冠斌、项光新、邢婉丽、程京 专利有效状态 有效 1 发明专利 一种检测遗传性耳聋的试剂盒 中国 ZL2.7 2014年7月2日 第号 2 发明专利 一种磁珠与发光体共标记以检测遗传性耳聋的试剂盒 中国 ZL2.9 2014年7月9日 第号 3 发明专利 微阵列芯片检测中核苷酸序列的颗粒标记方法 中国 ZL2.5 2015年9月16日 第号 4 发明专利 Methods for identification of alleles using 美国 allele-specific primers for amplification Microarray devices having controllable reaction volume 欧洲 US9133516 2015年9月15日 —— 高华方、项光新、蒋迪、有效 邢婉丽、程京 李阳、张冠斌、蒋迪、项光新、邢有效 婉丽、程京、戴朴、韩东一 李彩霞、高华方、刘湘、有效 蔡斌、张地、程京 邢婉丽、鲜飞军、王宪华、程京 有效 5 发明专利 EP1595144 2010年3月10日 —— 6 发明专利 Asymmetric PCR amplification, its special 美国 primer and application 一种操纵磁珠分离目标分子的方法 US8735067 2014年5月27日 —— 7 发明专利 中国 ZL2.0 2014年7月9日 第号 博奥生物集团有限公司；清华大学 博奥生物集团有限公司；清华大学 张治位、王璨、祝令香、有效 张琼、程京 8 发明专利 Optical systems For microarray scanning 美国 US77019 2010年4月27日 —— 9 发明专利 Device for washing and hybridization of biochips 欧洲 EP2137293 2012年9月19日 —— 李航、项光新、周晶琳、有效 谢秉霖、王小龙、王东 王宪华、黄博奥生物国亮、程京、有效 有限公司 张弘、高泰山 博奥生物李航、叶建有限公新、艾杏凌、有效 司；清华王宪华、张大学 亮、程京 博奥生物有限公司，清华大学 王东、邹鲲、有效 程京 10 发明专利 Microvalve controlled precision fluid dispensing apparatus with a 美国 self-purging feature and method for use US8597592 2013年12月3日 —— 七、主要完成人情况（不超过6人）：

排序 姓名 主要贡献 工作单位 完成单位 职称 职务 1 2 3 第1完成人。 1.项目主要负责人，负责总体设计；2.对磁珠、荧光双标记体系检测方法的设计、标签杂交体系设计、芯片扫描仪的光学结构设计做出了重要贡献，是三维摇动杂交仪新设程京 计的提出者，对项目中的技术发明点2、3均有重要贡献；清华大学 3.核心发明专利3项（附件1-1~3）的发明人、主要发明专利6项（附件5-1~3，附件5-5~7）的发明人，代表性文章1篇（附件5-13）的第一作者和代表性文章4篇（附件5-10~12，附件5-14）的共同作者。 第2完成人。 1.负责耳聋分子病因学研究及指导芯片检测位点设计，对中国人民总戴朴 项目中的技术发明点1有重要贡献；2.核心发明专利1项医院 （附件1-3）的发明人，代表性文章4篇（附件5-8~11）的共同作者。 第3完成人。 1.主持磁珠单链核酸制备的流程设计、双标记体系中标记物设计和颗粒标记方法中颗粒的选择，对项目的技术发明邢婉丽 清华大学 点2、3均有重要贡献；2.核心发明专利3项（附件1-1~3）的发明人、主要发明专利1项（附件5-2）的第一发明人，代表性文章4篇（附件5-10~12，附件5-14）的共同作者。 国家工程研清华大学 教授 究中心主任 中国人民总医院 主任医师 科室副主任 国家工程研清华大学 研究员 究中心副主任 4 第4完成人。 1.负责分型引物设计验证、构建磁珠分离富集单链DNA并与通用芯片进行杂交的方法和体系，对项目的技术发明点博奥生物集团有限张冠斌 2有重要贡献；2.核心发明专利1项（附件1-1）的第一公司 发明人、核心发明专利1项（附件1-3）的发明人，代表性文章1篇（附件5-11）的第一作者。 第5完成人。 1.研发了磁珠荧光双标记技术、自动化磁分离体系的构建博奥生物集团有限公司 教授级高工 部门主任 5 项光新 和验证，对项目中的技术发明点2有重要贡献；2.核心发博奥生物集团有限公司 明专利3项（附件1-1~3）的发明人、主要发明专利1项（附件5-4）的发明人，代表性文章3篇（附件5-11、12、博奥生物集团有限公司 教授级高工 部门主任 6 14）的共同作者。 第6完成人。 1.指导耳聋分子病因学研究及指导芯片检测位点设计，对中国人民总王国建 项目的技术发明点1有重要贡献；2.代表性文章1篇（附医院 件5-9）的共同作者。 中国人民总医院 副主任医师 无 八、完成人合作关系说明：

项目组由来自清华大学、中国人民总医院、博奥生物集团有限公司的研究者共同组成，经过十余年的合作，研发了遗传性耳聋基因诊断检测技术及产品，并积极进行临床转化和推广应用，产生了显著的社会和经济效益。

第一完成人程京院士是项目的总体指导人和技术发明的总体策划人，第三完成人邢婉丽研究员是芯片系统总体技术发明工作的实际执行负责人和成果实施工作的总体执行人，第四完成人张冠斌博士和第五完成人项光新博士在第一和第三完成人指导下分别设计并实施基于磁珠的DNA单链分离富集与荧光、磁珠双标记体系等技术发明（核心专利3项，附件1-1、2、3），并共同完成PCR扩增引物和芯片探针标签（Tag）设计和优化、验证及芯片试剂盒的医疗器械注册申报工作。

第二及第六完成人总医院的戴朴教授、王国建副主任医师从2003年起带领研发团队进行了中国人遗传性耳聋分子病因学的研究，发现了中国人群主要的耳聋致病基因及突变热点，为项目的芯片设计和应用奠定了基础。总医院与清华大学及博奥生物集团的合作从2004年即开始，一直持续到目前。戴朴教授、王国建副主任医师带领团队在基因芯片验证、医疗器械注册申报及应用推广方面与清华大学、博奥生物集团有限公司紧密合作，为项目做出了重要贡献。

上述项目关系介绍准确无误，证明材料真实可靠，并得到各参与单位和个人的共同确认。

第一完成人：程京

完成人合作关系情况汇总表 序号 1 合作方式 共同知识产权 共同知识产权 共同知识产权 合作者 合作时间 合作成果 （项目排名） 程京（1） 2004年-2014年 一种检测遗传性耳聋的邢婉丽（3） 试剂盒 张冠斌（4） 项光新（5） 程京（1） 邢婉丽（3） 项光新（5） 程京（1） 戴朴（2） 邢婉丽（3） 张冠斌（4） 项光新（5） 程京（1） 邢婉丽（3） 2004年-2014年 一种磁珠与发光体共标记以检测遗传性耳聋的试剂盒 证明 材料 发明专利 备注 见附件1-1 2 发明专利 见附件1-2 3 2004年-2015年 微阵列芯片检测中核苷发明专酸序列的颗粒标记方法 利 见附件1-3 4 共同知识产权 论文合著 2004年-2010年 Microarray devices having controllable reaction volume 2004年-2013年 Phenotype and 发明专利 见附件5-2 5 戴朴（2） 王国建（6） 论文 genotype of deaf patients with combined genomic and mitochondrial inheritance models 2004年-2008年 Construction of a 论文 见附件5-9 6 论文合著 程京（1） 戴朴（2） 邢婉丽（3） Multiplex Allele-Specific PCR-Based Universal Array (ASPUA) and Its Application to Hearing Loss Screening 2004年-2011年 Validation of a 论文 见附件5-10 7 论文合著 程京（1） 戴朴（2） 邢婉丽（3） 张冠斌（4） 项光新（5） mobile phone-assisted microarray decoding platform for signal-enhanced mutation detection 见附件5-11 8 论文合著 程京（1） 邢婉丽（3） 项光新（5） 2004年-2014年 A Rapid Automatic 论文 Processing Platform for Bead Label-Assisted Microarray Analysis: Application for Genetic Hearing-Loss Mutation Detection 2004年-2017年 Screening of 论文 见附件5-12 9 论文合著 程京（1） 邢婉丽（3） 项光新（5） deafness-causing DNA variants that are common in patients of European ancestry using a microarray-based approach 2004年-2014年 2014年北京市科学技术奖二等奖 获奖证书 见附件5-14 10 共同获奖 11 共同获奖 12 共同获奖 13 共同获奖 程京（1） 戴朴（2） 邢婉丽（3） 张冠斌（4） 王国建（6） 程京（1） 戴朴（2） 邢婉丽（3） 张冠斌（4） 项光新（5） 王国建（6） 程京（1） 戴朴（2） 邢婉丽（3） 张冠斌（4） 项光新（5） 程京（1） 戴朴（2） 邢婉丽（3） 张冠斌（4） 项光新（5） 王国建（6） 见附件5-20 2004年-2015年 2015年全国首届妇幼健康科技奖科技成果奖一等奖 获奖证书 见附件5-19 2004年-2017年 2017年中国生物医学工程学会黄家驷生物医学工程奖一等奖 获奖证书 见附件5-18 2004年-2017年 2017年中华医学科技奖二等奖 获奖证明 见附件5-17 承诺：本人作为项目第一完成人，对该项目完成人合作关系及上述内容的真实性负责，特此声明。

第一完成人：程京