PCR技术在分子生物学领域应用已经有20年的历史。最近，反应速度的加快、样品量的减少、样品操作水平的提高和实时应用等各方面的技术进步正为这项技术注入新的活力。利用PCR技术可以实现遗传物质的快速扩增，并且能够区分DNA序列和RNA序列。这些新特性使得PCR在分子生物学研究之外也有广泛的应用，如它已经被应用于癌症、感染与遗传疾病及其他医学状况下的诊断与研究等领域。
    美国塞莱拉诊断公司药物开发研究部副主任John J. Sninsky博士认为，PCR技术在新治疗药物研发的关键环节中始终占据着至关重要的地位。它在诊断学和靶向药物基因组学之间起到杠杆作用，为治疗学的发展开创新的视野。现在塞莱拉诊断公司制造和销售主要基于PCR的囊肿性纤维化和HIV抗性的检测试剂。
    Sninsky博士说，PCR技术在基因和疾病研究中有着绝对的市场，用它可以检测造成各种疾病的变异基因。用以前方法确定的靶位点往往不够理想，基于PCR技术的遗传学鉴定为确定理想的靶位点指定了方向。
    利用PCR技术，遗传学家已经可以发现一个机体、一个器官、一个细胞的敏感基因或者可能敏感的基因，而不仅仅是只简单的检测它们是被上调了还是下调了。PCR技术告诉我们，具有特定遗传变异的个体就是因为这种变异而出现了其特殊的命运。
    敏感基因的发现为更好寻找药物靶位点提供很大的帮助。例如，无论感染HCV与否，一个人可能患肝纤维化的几率是相同的。但是，一种组合的SNPs可能预示着他在3年之内发生肝纤维化，而不是十年后。因此，患病不仅仅和体质有关，还和疾病的特性有关。所以，PCR技术可以用来确定药物作用的更好的靶位点。

PCR技术应用面的扩展
    很久以来，PCR技术在生物制药研究和病理学实验室的地位已经确立，它的应用正转向法医、病原体检测、变异检测和致死性传染源的早期鉴定等方面，例如鉴定SARS、天花和流感等。
    盐湖城的爱达荷州技术公司的剃刀PCR系统中嵌入了先进的核心技术，这个系统进一步激起了人们对PCR技术的兴趣。可以利用这种手提装置在一个小孔内进行实时PCR操作，而传统的PCR装置是在毛细管或者反应板上进行的，在小孔中反应大大降低了外界的污染。对于如警察、消防部门、战场上的士兵和其他需要快速检测的用户来说，使用这样的装置十分理想。另外，这个装置的使用方法也非常简单、易学。
    PCR系统速度的提高也同样激起了人们的兴趣。内布拉斯加州－林肯大学的化学工程师Hendrik Viljoen教授和机械工程师George Gogos教授整合了热循环必需的制热和制冷气体，建立了一个快速、经济的PCR装置。Viljoen教授指出这是一项非常大的进步，速度是这个装置的优势，PCR过程的处理时间从20分钟降低到了5分钟。这个装置可以处理5~40微升的体积，并且具有非常高的灵敏性，产率也非常高。
    PCR系统速度的提高除了具有更快的转换时间以外，还有许多其他方面的优点。如果PCR处理过程长达20分钟，就很难进行交互式的检测，而时间缩短到只有5分钟的时候，情况就不一样了，这样PCR系统也许就会派上新的用场。PCR系统速度提高的另一个优点是减少了误差。Gogos教授解释道，PCR过程中的大部分误差来源于热，例如聚合酶在高温下发生变性会造成错误。如果反应速度提高了，聚合酶处在较高温度的时间就会缩短，获得的产物就更可靠。
    Viljoen教授和Gogos教授把PCR的处理时间控制在5~6分钟以内，他们预计PCR系统会因为反应时间的缩短而在需要进行现场检测的场合有更为广泛的应用。例如，这样的PCR系统可以应用到急诊室、医生办公室，甚至手术室进行快速诊断。他们设想，把投放市场的PCR系统镶嵌在一个交互式的仪器上，以后在病理学实验室看到的96孔板PCR装置将可以类比为一个大型计算机。
    考虑到微型化发展的趋势，现在可以通过膝上电脑操作PCR系统。这里用到的膝上电脑是脚印大小的很小的便携装置，可以在紧急状况下应用，应用的支持软件使得对它的操作非常容易，每个技术人员都能够轻松自如的掌握。
    利用PCR系统可以对心脏病发作病人进行紧急检测，说明它还有另外一个重要的用途。爱达荷州技术公司的Raymond Tarr说，在急诊室里，根据其遗传学特征，利用现场检测PCR系统能够测试病人对特定药物代谢的速度，从而为病人确定适合的服药剂量。

    位于汉堡市的艾本德公司的应用实验室，科学家在液体操作工作站上准备多路PCR板（来源：德国艾本德公司）
    药物和疾病机制的匹配
    虽然PCR技术在药物工业已经有近20年的应用史，但这项技术的新应用仍然给我们带来了极大的兴奋。例如，利用PCR技术检测疾病发展的过程可以跟踪药物的作用机制。Sninsky说，一旦知道疾病潜在的发病机制，并服用像格力威克（Gleevec）, 赫赛汀（Herceptin）或者易瑞沙（Iressa）等作用机制清楚的药物，就可以应用PCR系统同时或分别检测所有相关的基因。这些改进是不依赖于靶的效应。
    格力威克是为血小板生长因子（PDGF）开发的药物，后来发现它对Abelson酪氨酸激酶（Abl）基因有很强的作用，这个基因在骨髓性白血病的断裂点丛集区（BCR）表达。因此Sninsky说，KIP和PDGF等很多基因发生变异，会引起像胃肠基质瘤（GIST）、稀发性癌症、高嗜酸粒细胞综合征（HES）等疾病。所以，对于这类疾病一个直观的想法是服用格力威克作为治疗药物，形成这种想法的原因是药物和疾病的机制都是已知的，而且二者之间是相互匹配的。许多研究论文表明进行这样的匹配是可行的。所以，Sninsky说发现更好的药物靶位点无疑是重要的，而对已有药物发现其可能发挥作用的新的相关疾病也同样重要。
    这就意味着，药物研究人员可以利用PCR技术获得大量信息，他们可以从中筛选有用的部分；这使筛选过程有更多的选择，并且依据更多、更重要、更好的信息。如果没有这些信息，生物制药研究人员将只能依据潜在患病人群、直观的需求等传统观念进行信息筛选，而无法根据药物的作用机制或疾病的发生机制进行信息筛选。Sninsky说，利用PCR技术获得数据，研究人员可以为临床试验筛选更好的线索，并根据重要性把线索分优先级，然后进行临床试验。

    在塞莱拉诊断公司，PCR被应用于高通量、大规模研究（来源：塞莱拉诊断公司）。
    PCR技术的主要进展
    有一个长期困扰PCR技术发展的问题，就是样品制备的速度和成本。但是样品制备是一个相当复杂的问题，往往涉及到样品的收集和原始状态和存储条件。癌症组织样本通常不是在最理想条件下获得的，而是经过了化学处理，这样会使DNA和RNA分子变短。
    Sninsky称，塞莱拉诊断公司已经发现了有效的方法从甲醛固定的组织中提取RNA和DNA分子，而且更重要的是能够使用PCR系统在这些短的受损DNA片断上有效的工作。因此，借助这些方法现在可以重新翻开原来厚厚的档案，利用PCR技术从5~10年前的组织样品中得到信息。
    按照Sninsky的说法，这种技术由于能够满足巨大的需求而变得十分有价值。利用现在的PCR技术，人们开始对公共复杂疾病有了更深入的理解。公共疾病往往会经过很长时间的传播，为了获取信息，需要处理很长一段时间内收集的所有样品。PCR技术可以检测这些样品，这些样品即使已经被损坏甚至腐烂，同样也能给我们带来足够的信息。
    最近，PCR技术领域的重大发展已经被产业化应用，产业化需要PCR的处理过程具有足够的稳定性，而不是仅仅只是在最佳条件下应用，同时产业化应用也需要同时能够进行大规模的检测。
    Sninsky认为，计算设计的应用是这项技术的另一个巨大的进步，称为多元PCR技术。应用多元PCR技术，不仅仅可以对DNA或RNA的某一区域进行扩增，还可以对多个区域进行扩增。利用现在的技术能够扩增DNA片断中的多个区域，并且能够做到在同一个反应中检测、控制这个过程。从另一个角度来看，产业化导致了PCR系统的体积增加了2~3个数量级，多路技术又增加了40~50个扩增子。这不仅降低了系统的价格、节省了检测时间，还使得处理的体积增大了1~2个数量级。
    根据Sninsky的说法，这些技术发展的最重要应用是协调诊断学和治疗学之间的关系，有可能发展成为一个新的学科：靶向药物基因组学。现在，利用很低的费用就可以从以前得到的样品中获得需要的数据，并且可以通过大规模的多路实验技术大大节省测试时间，这种大规模信息是有统计学意义的，因为现在得到的不是一套数据，而是两套或者三套。因此，在产业化应用上得到的信息是可归纳、可重复的。这实际上就是靶向药物基因组学研究――它是未来PCR技术的最重要的应用，将和诊断学、治疗学一起促进更好的药物开发。