背景簡介

    有別於傳統即時聚合酶連鎖反應(Real-time PCR)之方式，利用油包微滴或是晶片微孔來進行PCR，接著將油包微滴或晶片微孔內的螢光強度數位化，判讀具有較強螢光的陽性結果為“1”和具有較弱螢光的陰性結果視為“0”，透過“1”和“0”的數量呈現結果，故稱為數字聚合酶連鎖反應(Digital PCR)。

    數字聚合酶連鎖反應的概念來自於1990年Alec Morley 教授所提出的概念“Limiting Dilution”，並將其應用於偵測白血病相關基因。何謂Limiting Dilution?意旨將DNA分子稀釋到一個聚合酶連鎖反應僅帶有一個DNA分子(Single copy)。隨著分子生物技術與微流體技術的發達，數字聚合酶連鎖反應可區分為（1）微滴式數字聚合酶連鎖反應(Droplet digital PCR)；（2）晶片式數字聚合酶連鎖反應(Chip-based digital PCR)。無論油滴式或是晶片式數字聚合酶連鎖反應可藉由因反應得到之隨機分佈的結果，搭配卜瓦松分佈(Poisson distribution)，進而達到絕對定量。與傳統即時定量聚合酶連鎖反應(Quantitation real-time PCR)相比，數字聚合酶連鎖反應其靈敏度與準確性更佳，且不需要建立標準曲線(Standard curve)即可進行定量。

舉例微滴式數字聚合酶連鎖反應(Droplet digital PCR)

以油包水乳化微滴技術與微流體技術，將油與PCR混合液(核酸檢體與PCR反應試劑)，利用物理氣壓將單一樣品打成兩萬顆油滴(nanoliter-sized droplets)。經PCR反應放大，再以流式細胞儀的方式偵測每一顆油滴之螢光。(下圖舉例BIO-RAD Droplet digital PCR)

(摘自BIO-RAD網站http://www.bio-rad.com/en-tw/product/qx200-droplet-digital-pcr-system)

臨床應用

數字聚合酶連鎖反應的高敏感性與絕對定量，可用於次世代定序（next generation sequencing, NGS）的結果驗證、微量突變點偵測(rare mutation detection)、基因表達分析（gene expression analysis）基因複製數量變異性檢測（copy number variation）。可用於癌症早期篩檢與癌症治療的監控，例如：標靶藥物基因偵測「EGFR T790M mutation analysis」肺癌病患使用第一代標靶藥物艾瑞莎 (Iressa) 、得舒緩 (Tarceva) 或第二代不可逆性的拮抗劑妥復克(Afatinib)後，約12個月後開始出現抗藥性T790M突變。國外有50%病患於EGFR exon 20產生T790M，即抗藥突變基因。目前針對使用過第一代或第二代標靶藥物產生T790M抗藥突變基因的肺腺癌患者，已發展出第三代標靶藥物泰格莎(Tagrisso)。2015年10月已獲得美國食品和藥物管理局(FDA)通過的Tagrisso，有效率有六成左右，平均無惡化存活期(Progress free survival)約九個月，再次將晚期肺腺癌病人的治療向前又推進了一大步。開發EGFR T790M基因突變檢測，將提供醫師新的用藥選擇及病患個人化治療。