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與新冠病毒戰(zhàn)斗人類有了更精準(zhǔn)的病毒檢測“神器”

2022-02-23 13:42:04 來源：科技日報(bào)

春節(jié)前后，國內(nèi)外新冠肺炎疫情仍在持續(xù)。當(dāng)前肆虐的奧密克戎毒株，雖然引發(fā)的癥狀相對較輕，但其基因突變位點(diǎn)多，傳播速度快，不易被發(fā)現(xiàn)，在多地成散發(fā)態(tài)勢。因此，針對奧密克戎的核酸檢測試劑，靈敏度要非常高。

近日，由清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系教授郭永團(tuán)隊(duì)與北京新羿生物科技有限公司(以下簡稱新羿生物)等多家單位，采用數(shù)字PCR技術(shù)聯(lián)合研發(fā)的新型冠狀病毒核酸檢測試劑盒(熒光PCR法)，正式獲得國家藥品監(jiān)督管理局(NMPA)醫(yī)療器械批文。

據(jù)悉，這是NMPA首個基于數(shù)字PCR技術(shù)的新冠檢測試劑批文。該試劑盒也是全球首個經(jīng)評審后正式獲批的將數(shù)字PCR技術(shù)運(yùn)用于感染性疾病領(lǐng)域的檢測產(chǎn)品。這意味著，在與新冠病毒的“戰(zhàn)斗”中，人類有了更精準(zhǔn)的病毒檢測“神器”。

數(shù)字PCR技術(shù)是核酸檢測的標(biāo)尺

2020年，新冠肺炎疫情暴發(fā)初期，核酸檢測試劑盒缺乏、患者確診困難等難題亟待解決，郭永敏銳地覺察到，由于新冠病毒低病毒載量樣本的存在，對于高靈敏度的核酸檢測有著迫切需求。靈敏度不夠或定量不準(zhǔn)確，都可能會影響樣本陰陽性的判讀，造成漏判或誤判。

“PCR即聚合酶鏈反應(yīng)，是一種在生物體外進(jìn)行脫氧核糖核酸(DNA)復(fù)制的技術(shù)手段，它可以將生物體中含量微小的遺傳物質(zhì)如核酸分子等復(fù)制擴(kuò)增為原有數(shù)量的近百億倍，從而實(shí)現(xiàn)核酸分子的超敏檢測和精準(zhǔn)定量。”郭永介紹。

得益于PCR技術(shù)，無論是化石中的古生物、歷史人物的殘骸，還是幾十年前的案件中嫌疑人所遺留的毛發(fā)、皮膚或血液，只要能分離出一丁點(diǎn)的DNA，就能用PCR技術(shù)加以放大，進(jìn)行比對。自20世紀(jì)80年代問世以來，PCR技術(shù)幾經(jīng)更迭，到目前實(shí)時(shí)熒光定量PCR(qPCR)技術(shù)已成為臨床上分子診斷的主打技術(shù)。

然而，由于qPCR技術(shù)需要大體積反應(yīng)系統(tǒng)，存在較多的背景干擾，且無法獲得絕對定量結(jié)果。隨著臨床檢測要求的提高，qPCR技術(shù)不能滿足臨床一些超高靈敏度、高精密度的檢測要求，臨床上急需新的檢測技術(shù)。為此，近10年來，被稱為“第三代PCR技術(shù)”的數(shù)字PCR技術(shù)開始迅速發(fā)展。

郭永介紹，“數(shù)字PCR技術(shù)的原理，就是把一份反應(yīng)液樣本，分散成幾萬個極微小的液滴，每個小液滴所在的反應(yīng)單元都包含零個、一個或多個拷貝的目標(biāo)核酸分子，這些小液滴同時(shí)進(jìn)行PCR擴(kuò)增，最后通過計(jì)算熒光液滴數(shù)目，就可以計(jì)算出原來的反應(yīng)液當(dāng)中有多少個目標(biāo)核酸分子的拷貝數(shù)目了。”

郭永指出，“靈敏度高、可精準(zhǔn)定量這兩大優(yōu)勢讓數(shù)字PCR技術(shù)在傳統(tǒng)方法難當(dāng)重任時(shí)可‘挺身而出’，特別是在新冠病毒的核酸檢測中，那些多次采用qPCR技術(shù)方式進(jìn)行核酸檢測，結(jié)果卻為陰性的病毒攜帶者，數(shù)字PCR技術(shù)卻能準(zhǔn)確地檢測出他們是陽性患者。從這個意義上來說，數(shù)字PCR技術(shù)可謂是核酸檢測的標(biāo)尺。”

“此次獲批上市的新冠病毒檢測數(shù)字PCR試劑盒，是在之前qPCR技術(shù)即第二代PCR技術(shù)的基礎(chǔ)上，借助微流控生物芯片，數(shù)字化顯示新冠病毒的拷貝數(shù)，極大地提升了核酸檢測的‘信噪比’。其靈敏度可達(dá)100拷貝/毫升。”郭永表示。

新羿生物聯(lián)合創(chuàng)始人楊文軍博士說，在實(shí)際應(yīng)用中，這個試劑盒有效提高了檢測靈敏度，可以降低陽性漏檢情況。此外，這個“嗅覺”靈敏的“新冠探測器”對包括德爾塔株和奧密克戎株等在內(nèi)的目前全球范圍內(nèi)常見的15種變異株，均不會出現(xiàn)漏檢和脫靶。哪怕是樣本中僅有微量的新冠病毒，也難逃它的法眼。“數(shù)字PCR技術(shù)為新冠肺炎疫情防控與核酸檢測提供了更精準(zhǔn)的利器。”楊文軍說。

目前，數(shù)字PCR新冠檢測試劑盒已進(jìn)入商務(wù)部抗疫出口物資白名單。

國內(nèi)企業(yè)開啟全鏈條式自主研發(fā)

數(shù)字PCR技術(shù)是生命科學(xué)和臨床診斷的關(guān)鍵技術(shù)，更是核酸檢測領(lǐng)域的上游技術(shù)，以前我國一直依靠國外引進(jìn)。

近年來,國內(nèi)誕生的十余家數(shù)字PCR研發(fā)企業(yè)使這個市場迸發(fā)出新的生命力，以新羿生物為代表的一批新銳企業(yè)異軍崛起，包括領(lǐng)航基因科技(杭州)有限公司(以下簡稱領(lǐng)航基因)、蘇州銳訊生物科技有限公司、思納福醫(yī)療科技有限公司(以下簡稱思納福醫(yī)療)等在內(nèi)的數(shù)字PCR研發(fā)企業(yè)也開始與國外企業(yè)同臺競技，大力推進(jìn)數(shù)字PCR技術(shù)及其產(chǎn)品的國產(chǎn)化進(jìn)程，打破了進(jìn)口壟斷。

2019年1月7日，浙江省藥品監(jiān)督管理局正式批準(zhǔn)領(lǐng)航基因的生物芯片閱讀儀iScanner5上市。該產(chǎn)品是領(lǐng)航基因繼2018年6月獲批國內(nèi)首款擁有完全獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的固態(tài)芯片式數(shù)字PCR儀之后，推出的全新五色熒光液滴數(shù)字PCR系統(tǒng)，大幅提升了數(shù)字PCR的多色熒光技術(shù)水平。此次獲批，標(biāo)志著我國數(shù)字PCR臨床轉(zhuǎn)化走在了國際前列。

2020年，思納福醫(yī)療推出了全自動化數(shù)字PCR產(chǎn)品，這是首款國產(chǎn)一體化數(shù)字PCR儀，也是全球第三款上市的全自動化數(shù)字PCR產(chǎn)品，該產(chǎn)品將我國數(shù)字PCR技術(shù)提升到了國際頂尖水平。

“只有與專業(yè)團(tuán)隊(duì)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，通過自主研發(fā)將核心技術(shù)掌握在自己手里，才能在激烈競爭中掌握主動權(quán)。”楊文軍表示，新羿生物與清華大學(xué)等聯(lián)合研發(fā)的數(shù)字PCR系統(tǒng)從核心原材料、芯片、儀器、軟件到臨床檢測試劑，整個檢測鏈條的各個環(huán)節(jié)，均為自主研發(fā)成果。

據(jù)介紹，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的數(shù)字PCR系統(tǒng)包含樣本制備儀和生物芯片分析儀，一次可以完成96個樣本的檢測，且無須手工移液，樣本擴(kuò)增完成后，直接放入生物芯片分析儀中，即可進(jìn)行信號讀取與分析。這兩款產(chǎn)品分別于2017年、2019年獲批。同時(shí)，針對不同病癥和用途，團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了不同的檢測試劑，通過“儀器+試劑”相互配合的方式，打出數(shù)字PCR檢測的“組合拳”，目前已開發(fā)出20多種檢測試劑。

將在重大疾病檢測上發(fā)揮作用

“實(shí)際上，感染性疾病正是數(shù)字PCR技術(shù)應(yīng)用的一大理想場景，它可用于新冠肺炎、乙肝、結(jié)核、艾滋病等比較重大的感染性疾病的早期和快速診斷。此外，數(shù)字PCR技術(shù)還可在腫瘤基因檢測、無創(chuàng)出生缺陷篩查兩大應(yīng)用場景中發(fā)揮用武之地。”楊文軍介紹。

比如，我國肺癌病人基數(shù)比較龐大，且治療藥物也較多，患者的用藥與其基因檢測結(jié)果直接相關(guān)，傳統(tǒng)切片需要取樣后再做病理診斷，現(xiàn)在血液檢測取樣會更方便，而且數(shù)字PCR設(shè)備的檢測靈敏度也更高。

“至于無創(chuàng)出生缺陷篩查，以往更多依賴基因測序技術(shù)進(jìn)行。”楊文軍說，“而且基因測序主要是在大城市的大醫(yī)院進(jìn)行，到小城市推廣相對困難，而數(shù)字PCR設(shè)備操作簡單、成本更低，市場下沉更有優(yōu)勢。”

據(jù)了解，基于數(shù)字PCR技術(shù)，我國已在腫瘤、出生缺陷和重大感染性疾病診斷方面開發(fā)了一系列新型分子診斷產(chǎn)品。

楊文軍表示：“今后對于這三大臨床應(yīng)用領(lǐng)域，這些產(chǎn)品會涵蓋一線需求，解決一些行業(yè)痛點(diǎn)。”(華凌)

關(guān)鍵詞：病毒檢測臨床應(yīng)用領(lǐng)域核酸檢測