内容提要:核酸提取是分子生物学检测中样本处理的核心前提步骤,其质量直接决定下游聚合酶链反应、测序、基因编辑等技术的准确性与可靠性。文章综述了核酸提取技术的发展历程及质量控制要求,并结合我国体外诊断试剂注册监管要求,梳理了核酸提取纯化试剂注册申报中的性能验证要求和相关技术审评关注点,旨在为核酸提取技术的研发与应用及合规申报提供参考,以促进该技术领域的规范化发展。
关 键 词:核酸提取纯化 提取方法 质量控制 注册审评
核酸物质作为遗传信息的载体,是疾病诊断、食品安全监测、环境微生物检测及基础生命科学研究的关键分析对象[1]。核酸提取的本质是从生物样本(如血液、组织、微生物培养物、环境水样等)中释放核酸,并去除蛋白质、多糖、脂质及抑制剂等杂质的过程。在体外诊断的临床诊断应用中,提取纯化的核酸质量会直接影响检测试剂的临床准确性和可靠性,因此高质量的核酸提取是确保下游分子检测灵敏度与特异性的前提[2]。
核酸提取过程通常包含细胞裂解、核酸纯化、核酸洗脱三个核心步骤。
细胞裂解是通过物理(如煮沸、研磨、超声等)、化学(如胍盐、十二烷基苯磺酸钠、氢氧化钠等)或酶作用(如溶菌酶、蛋白酶K
等)等方式破坏样本细胞壁/
膜结构,释放胞内核酸[2]。核酸纯化是指利用核酸与杂质在物理化学性质上的差异(如电荷、疏水性)实现分离。常见策略包括固相吸附(二氧化硅基质、磁珠)、液液萃取(酚-
氯仿)及高浓度盐析沉淀等[3]。核酸洗脱则是通过调节缓冲液离子强度(如低盐TE
缓冲液)或温度,使纯化后的核酸从固相载体上释放,获得可直接用于下游实验的核酸模板[4,5]。
早期核酸提取技术以“多步骤、高污染风险”为特征,主要依赖手动操作,适用于实验室小规模样本处理,如酚-
氯仿提取法、十六烷基三甲基溴化铵法、十二烷基苯磺酸钠法等[6]。这些传统方法为核酸提取技术奠定了基础,但由于操作复杂、耗时长且使用有毒试剂,已逐渐无法满足现代分子生物学对高效率、高安全性和标准化的需求[7]。
随着分子诊断需求的扩大,固相提取技术逐步取代传统方法,实现“高效、低污染”的规模化样本处理,也是目前主流的核酸提取手段,如柱式提取法和磁珠提取技术等。技术发展明显趋向于自动化、标准化和高通量。自动化核酸提取系统通过减少人工操作步骤,不仅提高了实验效率,还显著降低了人为误差和交叉污染风险,为分子诊断的广泛应用奠定了坚实基础[8]。随着分子生物学技术的发展,核酸提取技术已从传统的手动方法演进至自动化、高通量、集成化的现代技术,微流控芯片技术及无洗脱技术等新兴纯化技术进一步推动了核酸提取纯化技术的发展[9]。 核酸提取的质量需通过纯度、浓度等指标评价,同时结合下游配套应用的核酸检测试剂需求建立质量控制体系,确保检测结果可靠。
核酸纯度主要反映蛋白质、盐类、有机溶剂等杂质的残留程度。常通过紫外分光光度计检测OD值比值,不同核酸的比值要求存在差异,如DNA纯度的A260/A280应介于1.8~2.0,当比值<1.8 提示蛋白质残留,>2.0 提示RNA污染。
核酸浓度直接影响下游实验的模板用量准确性。紫外分光光度法基于A260=1时双链DNA浓度为50
ng/μL、单链RNA浓度为40 ng/μL
的换算关系定量,适用于高纯度核酸样本[2];荧光定量法利用PicoGreen等染料特异性结合核酸发出荧光的原理,灵敏度比紫外法高,且可区分DNA与RNA,可用于低浓度样本计算;实时荧光聚合酶链反应定量法则是通过扩增内参基因建立标准曲线,间接计算核酸回收率。
核酸完整性指核酸分子的断裂程度,影响长片段聚合酶链反应、基因组测序等应用,琼脂糖凝胶电泳可通过条进行带判断完整性,基因组DNA应呈现单一明亮无弥散条带,RNA
应清晰显示28 S、18 S rRNA 条带,且28 S/18
S亮度比≈2:1,否则提示可能存在降解。对于RNA提取试剂,还需关注RNA完整性指数以评估其提取质量。
为确保核酸提取质量的稳定性,需建立全流程质量控制体系。在设计开发阶段设置空白对照、阴性对照和阳性对照是监测交叉污染和提取效率的有效手段。空白对照(超纯水等)应为无核酸检出、阴性对照的检测结果应为待测靶标阴性,阳性对照(如待测靶标的核酸或质粒等)的检测结果应在质量标准范围,可间接监测提取回收率[10]。设计验证阶段可对有效保存期限内提取纯化试剂的性能进行验证,确认提取的质量效果,避免胍盐、乙醇等提取试剂残留抑制下游反应,在终端实验室可通过参与国家卫生健康委临床检验中心或国际临床化学联合会的室间质评,验证实验室提取方法的准确性与可比性[11]。
我国已发布多项与核酸提取技术的国家标准与行业标准,如《核酸提取纯化方法评价通则》[12]
规定了DNA与总RNA
提取纯化方法评价的指标参数(如核酸完整度、产量、纯度)和评价方法,适用于常规新鲜样本。《核酸提取纯化试剂盒质量评价技术规范》[13]
明确了核酸提取纯化试剂盒的质量评价技术要求、检验方法,适用于试剂盒的通用质量评价。《实时荧光聚合酶链反应临床实验室应用指南》[14]
为临床实验室开展实时荧光聚合酶链反应检测的样本处理、质量管理和生物安全等方面提出了明确的要求。
根据《医疗器械监督管理条例》[15]
及《体外诊断试剂注册与备案管理办法》[16],核酸提取试剂(如核酸提取纯化试剂盒)属于体外诊断试剂。如核酸提取试剂作为核酸检测试剂盒的组分进行申报,应属于第Ⅲ类体外诊断试剂,需通过国家药品监督管理局注册审批后方可上市;如提取纯化试剂单独注册,产品组成中不含可与样本特异性结合的抗原、抗体、探针等成分,且预期用途描述为用于核酸的提取、富集、纯化等步骤,可按照第Ⅰ类体外诊断试剂管理,通过申请人所在地的省局进行备案方可使用。通过国家药监局医疗器械数据检索,目前通过第Ⅰ类备案的核酸提取检测试剂数量高达4478
项,其中进口试剂备案数量144 个,境内试剂备案数量4334
个。从地域分布来看,排名前五的分别为:江苏省(921)、广东省(892)、上海市(357)、山东省(322)、北京市(296),合计占境内备案产品数量的64.3%;从方法学上来看,主要包含磁珠法、柱法等主流技术。
性能验证是评价提取纯化效率的关键,也是技术审评的核心关注点。其重点关注方面主要包含如下:
需验证提取纯化试剂对待测靶标样本类型(如全血、血浆、唾液、痰液、粪便、不同拭子样本等)的提取效果,可采用不同浓度、不同基质干扰的样本验证提取纯化回收率。
在检测试剂的申报资料中,需验证提取纯化试剂对待测目标样本类型的稳定性,需要对可声称的样本保存条件及有效期进行验证,一般地,针对提取前(实际的真实临床样本)以及提取纯化后(核酸物质)的样本分别进行稳定性研究,明确样本保存条件及最大可保存期限。
提取纯化试剂相对来说比较简单,其性能指标一般包含提取性能及提取后核酸性能,提取性能通过计算提取前后的核酸浓度,纯度以及核酸提取效率(回收率)进行评估,针对RNA提取纯化试剂,一般还需验证RNA完整性指数;提取后核酸性能主要是依托配套的检测试剂盒分析性能验证研究资料进行,值得注意的是,如检测试剂盒配套多个提取纯化试剂时,应针对不同提取试剂的效果分别进行验证。
以乙型流感病毒核酸检测试剂(荧光聚合酶链反应)配套的单一核酸提取纯化试剂为例,检测过程中仅配套唯一核酸提取纯化试剂,因此无需额外验证提取后核酸性能,申报资料中仅单独涉及核酸提取效能,需要提交经提取纯化后的核酸纯度、浓度和提取效率的验证研究;如配套两个或两个以上的核酸提取纯化试剂,参照《流行性感冒病毒核酸检测试剂注册审查指导原则》[17]
的要求,每一种核酸提取试剂均需配合检测试剂进行抗干扰、精密度和检出限的验证。在核酸提取效能不存在差异的情况下,可采用代表性的提取纯化试剂配套进行分析性能研究(精密度研究中建议考虑不同核酸提取纯化因素的影响),针对每一种核酸提取试剂还需分别配合检测试剂进行抗干扰研究,如内源性干扰物质、提取纯化过程中可能引入的干扰因素等,精密度和检出限的验证在满足检出率要求的情况下,可以选择检出限浓度附近的样本进行重复性研究。
作为单独备案的核酸提取纯化试剂或包含核酸提取组分的检测试剂,均可参照《体外诊断试剂说明书编写指导原则》[18]
的要求编写产品说明书,明确适用样本类型、储存条件及有效期等内容,如适用于全自动核酸提取分析仪,应明确具体的适用仪器及型号。产品说明书检验方法栏下应详细描述具体的操作步骤,如明确样本前处理、试剂用量、离心/
孵育条件等,在注意事项或检验方法局限性中提示交叉污染风险、聚合酶链反应抑制剂残留等。此外如核酸提取纯化试剂单独备案,其配套的检测试剂应在主要组成成分的“需要未提供的物品”中明确提取纯化试剂的产品名称、生产厂商以及备案凭证号等信息,确保终端用户能够正确选择和使用配套的提取纯化试剂。
核酸提取纯化技术作为分子诊断的“第一步”,其质量直接影响下游检测结果的可靠性。从传统的酚-
氯仿法到现代的磁珠法、微流控技术,该技术已实现了从“实验室手动操作”向“自动化、集成化”的跨越式发展。未来,核酸提取技术将继续向更高效率、更广适配性和更低成本的方向演进。与此同时,法规与标准将不断完善,驱动行业向标准化与规范化发展。与此配套,产品的质量控制体系将日趋严格,全流程质量控制的理念将贯穿技术开发与应用的各个环节;而注册申报要求也将更加明确与细化,二者共同构成了技术实现产业化与市场应用的核心保障。
综上所述,核酸提取纯化技术在精准医疗、公共卫生应急响应及生命科学研究中扮演着日益重要的角色。在技术创新与规范管理的双轮驱动下,该技术必将为人类健康与科学研究提供更为可靠、高效的支持。
来源:本文刊登于《中国医疗器械信息》杂志2026年第32卷第7期单位:国家药品监督管理局医疗器械技术审评检查长三角分中心 (上海 201210)《中国医疗器械信息》杂志近几年的精华文章与您分享,并持续更新中!欢迎订阅!欢迎投稿!欢迎关注微信公众号:zgylqxxx
来源:中国医疗器械信息
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