1.技术领域

本发明涉及疾病患者的治疗方法，特别是用于预测哪种或哪些适合治疗患者肿 瘤的药物是最佳药物的计算机决策辅助系统和方法，上述选择是建立在特定患者的 基因型上。

2.现有技术

许多人类肿瘤疾病可以用单一药物或药物组合治疗，这在医学界是众所周知 的。在特定情况下，医学专业人士可能只从许多可治疗特定肿瘤疾病的药物中选择 一个或几个药物来治疗某个患者，医师的选择是基于可知的最佳临床数据。在某些 情况下该数据仅包含临床试验的报告结果，该结果提示试验表明某一种药物对一定 百分数的使用药物的受试患者有治疗肿瘤的效果。决策制定过程与与医师使用许多 药物通过试错法取得治疗肿瘤疾病最佳机会的过程是一致的。

治疗疾病，特别是肿瘤疾病的特定药物的功效在患者与患者之间并不完全一 致，这也是众所周知的。一种对某一个患者的疾病有效的药物可能对另一个有同样 疾病的患者无效。在某些情况下某一个药物在患者群体中的功效在30％到70％。而 且在整个人口中有一个或更多的特殊人群甚至不能作为有希望使用药物的候选人。 同时，用于治疗肿瘤的某一种药物会对患者产生副作用甚至对患者有毒。同药物的 功效一样，某一种药物引起的副作用在患者与患者之间也是不同的，某一个患者使 用某一种药物后可能只有很小的副作用而另一位患者却可能有许多副作用，有的甚 至是致命的。

有关某一种肿瘤药物在特定人群中的功效和毒性的变异性在医学界是众所周 知的。实际上，有着某一种基因型的患者对某一种特定药物的反应是相似的，而有 不同基因型的患者对同一种药物的反应是不同的。因此，存在着一个已知的记录这 些发现的信息的数据库—该数据库常通过临床试验开发。实际上，随着新药的开发 和对已知药物的使用越来越多，数据库也不断增大。

鉴定一个特定患者的某一种基因进而测定患者的基因型的现有技术系统确已 存在。在特定的现有技术系统中有用于测定某一个患者是否有某一基因型的方法， 该检测是通过使用检测器装置如由Vysis/Abbott制造并销售的FISH装置来完成 的。在该现有技术中只能检测一种基因和联系一种药物。该系统只能向操作者提供 某一基因在患者样本中扩增程度的指示。

至于使用PCR技术，还没有使用多种基因来检测上市肿瘤药物的功效的已知现 有技术。

上述现有技术系统有多个潜在缺点。特别是，考虑到每次只能进行一次基因检 测和测定一种药物，该现有技术系统不能有效地工作。为了检测患者组织样本中与 多个药物有关的多个基因型，必须反复进行操作以测定基因与药物的组合。大多数 情况下这些组合是未知的。

而且，更明显的潜在缺点是检测器的输出对操作者，如医师或技术人员，很少 有直接意义。实际上，使用该现有技术装置的医师或技术人员必须解释检测器的输 出以判别经典应用的众多药物中的某种药物是否适合治疗某一特定患者。为了进行 该判别工作，操作者必须把检测器一次或多次反复检测的输出结果与多次临床试验 所收集信息的原始数据库进行比较，这些临床试验由医学界总结试验结果并特别指 出何种肿瘤药物已被试验证明对治疗某种基因型的患者有用。此外，药物对个体基 因型数据的反应常常是得不到的或尚未确定的。

上述现有技术的缺点还在于为了测定基因/突变是否存在于患者的样本中或在 患者样本中的调控情况需要多次反复操作，系统可能会产生错误。技术人员完全有 可能会在一系列多种组织样本中污染或错误操作一个单个组织标本，而一个有缺陷 的样本经过正确处理有可能会显示和产生需要的结果。而且，患者的肿瘤样本可能 也不够多次测试的。在这种情况下，医师可能会指定一种并非最佳的治疗药物，完 全不知道经过检测器用来测试的样本中的某个样本是有缺陷的。

因此，本发明的一个目的是提供一个系统，使医师能使用它在许多可选择药物 中确定对患者特定疾病真正最合适的药物。

尤其是，需要根据患者的基因型决定具有最小毒性反应或其他副作用的最有效 的药物。例如，使用本系统，根据患者的基因型确定对治疗肿瘤疾病最佳的某种药 物，确定对不同基因型的患者有不同的药物。

为了解决某一药物可能效果不佳，医师在治疗特定疾病时，如乳腺癌，会指定 药物组合。这些药物组合可能会产生更严重或更多的副作用。本发明的另一个目的 和愿望就是确定治疗特定疾病最有效的单一药物或已知的药物组合。

本发明的目的还在于清除用于指定抗肿瘤药物的现有技术实践的试错法和向 医师提供诊断的工具和系统，根据个体患者的基因型在某一药物开始治疗前预测其 结果。

本发明的目的还在于确定治疗某种基因型的乳腺癌患者的最佳药物。

本发明的目的还在于确定治疗其他肿瘤疾病患者的最佳药物。

本发明的目的还在于提供计算机决策辅助系统通过简单的语言向医师建议指 定对某一患者的最佳抗肿瘤药物。

本发明的上述特征及其它合乎需要的特征将明显体现在本文内容中，包括权利 要求和附图中。

发明概述

本发明揭示了用于选择人类患者肿瘤症状最佳疗法的计算机决策辅助系统和 装置。所述系统包括采用患者的组织或血液标本以检测与特定肿瘤相关的多种基 因、表达和/或突变的PCR试剂盒和/或基因芯片；接受基因芯片以分析患者基因型 的检测器；描述患者的基因型与用于治疗特定肿瘤患者的多种抗肿瘤药物的功效和 毒性关系的数据库；和可操作连接于检测器以将检测器的输出与数据库相关的计算 机决策辅助系统。因此操作者就可得到哪种或哪些药物是治疗患者肿瘤最佳药物的 明确推荐。

本发明还揭示了用于选择人类患者肿瘤疾病最佳疗法的方法，所述方法包括以 下步骤：使用提取缓冲液从患者的肿瘤和血液样本中分离mRNA；使用对目标肿瘤基 因高度特异的引物合成并扩增患者肿瘤或血液样本中cDNA；使用试剂盒和/或基因 芯片检测肿瘤基因、突变；使用与计算机决策辅助系统连接的检测器分析和解释 PCR和/或基因芯片的结果，该计算机决策辅助系统运行带有数据库的诊断软件程 序，以提供具有最少药物副作用的治疗患者肿瘤的最佳药物的提示。

本发明的一个具体实施例中，从患者的肿瘤或血液样本中分离mRNA的步骤包 括以下分步骤：在1ml含有4M硫氰酸胍，25mM柠檬酸钠和0.1mM 2-巯基乙醇的变 性溶液中混匀患者的肿瘤、血液或血清样本；混合所得物并用0.1ml 49∶1氯仿/ 异戊醇混匀；将所得混合物在冰上孵育15分钟并在4摄氏度下以10,000Xg离心20 分钟；把上层含水层移入新容器并加入1ml 100％异丙醇混合；将所得混合物在-20 摄氏度孵育30分钟并以10,000Xg离心20分钟；用1ml 75％乙醇洗涤所得颗粒并 用不含RNA酶的水再次溶解；以及然后用分光光度计在260nm处量化所得RNA样 品，并储存于-70摄氏度。

使用乳腺癌基因的特异性引物合成和扩增患者肿瘤或血液样本中的cDNA的步 骤包括以下分步骤：在25μg含有0.4mM各种dNTP，2.4mM硫酸镁，16U反转录酶和 2.5U Tag DNA聚合酶和10μM的乳腺癌基因cDNA扩增引物的2×反应混合物中加 入RNA样本(1μg)；用高压灭菌的蒸馏水调节最终溶液的体积至50μl；使用DNA热 循环仪按下述步骤完成cDNA的合成和扩增，-cDNA合成是在45-55摄氏度20-30 分钟循环1次，随后在94摄氏度孵育2分钟；-cDNA扩增是用94摄氏度15秒(变 性)/55-60摄氏度30秒(退火)/68-72摄氏度1分钟(延伸)循环35-40次；和-最 终延伸是在72摄氏度5-10分钟循环1次。

乳腺癌基因的扩增引物包括ERα、Her2、ErbB1、ERCA1和BRCA2。

在优选实施例中，进一步检测和分析PCR产物步骤的分步骤包括以下分步骤： 在1.5％琼脂糖凝胶中用电泳分离PCR产物；用电荧光显影；和使用连接计算机决 策辅助系统的检测器装置分析PCR片段的数目。该系统自动把检测器的输出与数据 库相关，该数据库包含测试治疗某种基因型的乳腺癌患者的多种药物的功效和毒性 的临床研究结果；并提供治疗患者乳腺癌效果最好、副作用最小的一种或几种最佳 药物的提示。

在该实施例中，PCR引物对包括：

Erα 5’-gctactgtgcagtgtgcaat(F)，  5’-tcgtatcccacctttcatca(B)；

Her2 5’-aggatatccaggaggtgcag(F)， 5’-actgctcatggcagcagtca(B)；

ErbB1 5’-gtggagaactctgagtgcat(F)，5’-cgaggatttccttgttggct(B)；

BRCA2 5’-ctgtccaggtatcagatgct(F)，5’-atgtgtggcatgacttggca(B)；和

BRCA1 5’-tagctgatgtattggacgtt(F)，5’-gagatctttggggtcttcag(B)。

本发明的另一个实施例包括联合PCR和基因芯片阅读器功能的集成检测器/分 析器。集成检测器/分析器的输出与计算机决策辅助系统相连接。

附图简述

图1是本发明的基本组成的图解说明，包括样本准备缓冲液，PCR检测试剂 盒，SNP基因芯片和集成分析器；

图2是本发明的操作运行的图解说明，包括准备血液或组织样本，进行PCR反 应和基因芯片杂交和检测及分析结果；

图3是关于使用特异性引物在PCR机上扩增5个乳腺癌基因的结果的图解说明；

图4是帮助医师指定最有效药物的临床决策辅助系统软件的图解说明。

附图详述

本发明允许有多种不同形式的实施方案，在附图中和正文中详细描述的是一种 具体实施方案，本发明应当理解为发明原则的实例而不应该被所述实施方案所限 制。

图1阐明本发明的一种实施方式。图解中显示用于选择人类患者肿瘤疾病的最 佳疗法的系统包括用于准备患者血液或组织样本的化学试剂和化合物11，铺于玻 璃平片上的基因芯片12，含用于检测乳腺癌基因的特异性引物和试剂的PCR试剂 盒13和运行生物信息学软件程序的检测器14和计算机17。

准备患者血液或组织样本，与基因芯片12杂交或用PCR检测试剂盒13扩增， 随后放入检测器14的容器16中。基因芯片12的分析或PCR的反应由检测器14 运行和由在计算机18上运行的生物信息学软件程序包解释。输出显示在监视器19 上，用简单的语言向医师提供分析结果。

图2阐明用于本发明的基因组技术。使用下文实施例描述的统一的提取缓冲液 从患者血液或肿瘤组织20中制备高纯度的mRNA 21。患者的肿瘤组织或血细胞在 含有4M硫氰酸胍，25mM柠檬酸钠和0.1mM 2-巯基乙醇的1ml变性溶液中混匀。随 后用0.1ml 49∶1氯仿/异戊醇混匀反应物。将所得混合物在冰上孵育15分钟并在 4摄氏度下以10,000Xg离心20分钟。把上层含水层移入新容器并与1ml 100％异 丙醇混合。将所得混合物-20摄氏度孵育30分钟并以10,000Xg离心20分钟。用 1ml 75％乙醇洗涤所得颗粒并用不含RNA酶的水再次溶解。RNA样本21用分光光度 计在260nm处确定并分别用PCR试剂盒或SNP芯片检测肿瘤基因的表达或突变。 血液或肿瘤组织样本的制备可选择使用手工操作或自动设备操作。

对于使用PCR试剂盒22检测基因表达，cDNA的合成和扩增是一步完成的。RNA 样本(1μg)加到25μg的2×反应混合物中，该混合物含有0.4mM各种dNTP，2.4mM 硫酸镁，16U反转录酶和2.5U Tag DNA聚合酶及10μM的乳腺癌基因的扩增引物 ERα，Her2，ErbB1，ERCA1和BRCA2。用高压灭菌的蒸馏水调节最终反应量至50μl。 cDNA的合成和扩增使用DNA热循环仪按下述步骤进行：

A)cDNA合成：45-55摄氏度达20-30分钟，循环1次，随后在94摄氏度孵育2 分钟。

B)cDNA扩增：在94摄氏度15秒(变性)/55-60摄氏度30秒(退火)/68-72摄氏 度1分钟(延伸)，循环35-40次。

C)最终延伸：在72摄氏度5-10分钟，循环1次。

反应结果由检测器分析，该检测器按照大小把DNA片段区分成不同的组并确定 每组的拷贝数量。

为了检测基因突变12，准备了预先制备的疾病特异性(如乳腺癌，肝癌或卵巢 癌)SNP基因芯片，该芯片包括标记在盘片上的化学处理DNA片段。这些DNA片段 是特别设计用来检测涉及不同肿瘤发展阶段和药物反应的基因位点突变。该盘片的 制备可能与商品化产品有很大不同。本发明揭示了涉及详细描述把内容物或DNA 和/或DNA片段安置在基因芯片上的独特技术。

纯化的mRNA样本21在反转录中直接与荧光Cy3-dUTP(红光)或Cy5-dUTP(绿光) 结合标记。标记后，在自动杂交仪中，样本与铺在基因芯片上的寡核苷酸杂交。随 后该芯片移到集成检测器14并检测荧光强度进而使用GDC临床决策支援软件 (Clinical Decision Support Software，CDSS)17转换为基因突变形态和与药物 反应的相关性，详见图4。CDSS在计算机18上运行。输出显示在监视器19上，用 简单的语言向医师显示分析结果。

本发明的一个独特方面是通过在联合步骤中同时测定基因表达和突变来确定 患者的基因型并把这些数据转化为最合适的药物治疗。

图3表示用于在胶电荧光检测乳腺癌基因ERα，Her2，ErbB1，ERCA1和BRCA2 的PCR引物的特异性。如路径1-5第31，32，33，34，35号所示，每个包含使用 单独基因引物对的PCR反应。用于PCR反应的mRNA样本是从MCF7中分离的，MCF7 是一种乳腺癌细胞株。

图2中用于较佳实施例的检测器14有许多关键部件包括一个以上的传感器， 如免疫组化、荧光等，用于生物基因型的界面芯片，连接检测器14到运行数据和 生物信息学软件程序包的计算机18的界面电路板，基因芯片阅读器及支架和样本 支架。

检测器装备有界面板(未示出)，该界面板用于电子连接检测器14到运行生物 信息学软件程序的计算机18。

使用的生物信息学软件程序包包括相关性、计算、判别和解释功能，用于把从 检测器14输出的基因组数据与数据库相关，该数据库的数据以普通的英语向医师 提供建议帮助医师选择对患者效果最好，副作用最小的药物。个体基因型与药物的 相互作用或相关性是由临床回顾文献和/或出版的同等回顾文献中获得的。该软件 可以进一步按照单—疾病或多个疾病的要求定制。

图4表示进一步描述该生物信息学软件程序的流程图。随着在分子生物学水平 提供患者诊断信息的技术能力的提高和市场上患者治疗药物数量的增多，医师再也 不能依靠传统方法指定抗肿瘤药物，该方法基本上通过试错法步骤为患者指定药 物。本发明的临床决策辅助系统和生物信息学软件是用于帮助医师制定决策，该决 策是基于关于患者诊断的可得到的和负担得起的信息、临床知识数据库、分析生物 学模型和医师的经验。

图4的图解说明该软件的处理过程和组成部分，该软件用普通的语言向医师建 议用于某个患者的药物。步骤40阐明了检测器按照基因表达水平和基因突变类型 输出数据，输出的数据提供至前处理器41，该处理器把基因检测器的结果定位到 用系统生物模型和基因及药物数据库，43和42，处理的算法系统。基因和药物数 据库是储存基于公共领域或私人进行的临床试验结果的统计联系表的组件。基本数 据变量包括患者基因型和按时间测定的患者要反应。系统生物模型43是储存分子 生物学水平上多种基因和多种药物通路分析模型的组件，该多种基因和多种药物通 路分析模型是基于公共领域或私人进行的研究的。该组件还储存在细胞生物学和分 子生物学水平上的疾病开发分析过程。

最优化处理器46包括许多研究算法规则，该算法规则使用系统生物模型和基 因及药物数据库，如果需要，甚至是医师的反馈意见中的知识来寻找对患者最合适 的结果。报告处理器47以打印形式或显示在计算机屏幕上的形式提供最优化处理 器的计算机分析。

医师交流组件48向医师提供使用最优化处理器46进行“如果...如何”分析的 机会，该处理器使用基于医师在行医中的经验和患者的经验。计算机18和显示器 19以可理解的形式向医师提供基于患者基因型的最佳药物的建议，例如，基于患 者的特定基因型列出药物的益处、功效，基于患者的基因型和其他有关信息列出药 物的副作用。

本发明系统操作和方法的详细描述

第一步，系统用改进的提取缓冲液从患者的肿瘤或血液样本中分离mRNA。第二 步，系统用对5种乳腺癌基因高度特异的引物合成和扩增cDNA。最后，系统用与 计算机相连的检测器装置检测和分析PCR产物，该计算机运行装有预测基因和药 物相互反应的数据库的诊断软件系统。

本发明的实施方式中用于选择乳腺癌的治疗药物，乳腺癌基因的PCR检测的特 异性基因引物如下：

基因    引物                          预测大小

Erα            5’-gctactgtgcagtgtgcaat(F)    202bp

         5’-tcgtatcccacctttcatca(B)

Her2     5’-aggatatccaggaggtgcag(F)    416bp

         5’-actgctcatggcagcagtca(B)

ErbB1    5’-gtggagaactctgagtgcat(F)    603bp

         5’-cgaggatttccttgttggct(B)

BRCA2    5’-ctgtccaggtatcagatgct(F)    799bp

         5’-atgtgtggcatgacttggca(B)

BRCA1    5’-tagctgatgtattggacgtt(F)    1024bp

         5’-gagatctttggggtcttcag(B)

本发明中使用检测试剂盒准备患者乳腺肿瘤样本和/或血液样本，依检测器组 件中传感器的鉴定或检测器模式而定。患者的乳腺癌样本用一步检测法准备，该方 法是用来检测多种肿瘤基因以提取涉及目标药物如Herception，Tamoxifen(他莫 昔芬)和Fermera。

已准备的含有选出的mRNA的检测样本应用于基因芯片或平片上。随后基因芯 片或平片置于检测器样本支架，该支架依次插入检测器装置。生物信息学软件程序 用来联系和计算由检测器装置提供的原始信号/数据和按照系统数据库储存的标准 和药物信息来解释原始信号/数据。生物信息学软件把基因和药物数据翻译成普通 语言(可以是英语，汉语等等)以帮助医师选择治疗特定患者的乳腺癌最有效的药 物。

系统检测器产生原始信号或数据的样本如下：

基因类型                       表达水平

ErbB2                           正调节(1.5)

ErbB1                           正调节(1.6)

ERα                                                         负调节(0.8)

BRCA1                           正调节(2.0)

BRCA2                           负调节(0.5)

上述通过传统的检测器单元产生的原始数据不是特别直观的和不能向医师或 技术人员直接提供有关治疗患者最合适药物的提示。因此，本发明对使用者更好的 提供输出结果，该结果可包括普通的语言信息如：

“建议：可使用Fermera和/或Herception。如Bcl-2基因正调节，Tamoxifen(他 莫昔芬)可能会有抵抗。(进一步使用Bcl-2检测试剂盒指导)”

系统检测器产生原始信号或数据输出的另一个样本如下：

突变类型                      表达水平

Val335Leu                      正调节

Glu386Ter                      正调节

根据本发明系统对使用者生成较好的输出结果；

“建议：由于DPD蛋白相关毒性不要使用5-FU。”

为此目的，用电泳分离PCR产物，完成PCR产物的检测和分析。用配备荧光传 感器并电子连接17到系统计算机上的检测器14分析PCR片段数量。

本发明的另一方面是使用该方法和装置预测或确定治疗乳腺癌以外的肿瘤的 最佳药物。甚至，该自动系统可用于确定任何疾病的最佳药物，只要患者的基因型 与治疗各种疾病的各种药物的功效和毒性存在确定的相关性。

因此，上述描述和附图只用于解释和说明本发明，本发明不应被限制在权利要 求范围内，因为权利要求是十分有限的，精通此领域的技术人员能够在不背离本发 明范围的情况中做出修改和变化。

发明背景