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融资总额近5亿美元,Quanterix打造“最灵敏”的单分子检测技术【Flagship系列案例】

作者:颜莎莎 2021-05-02 08:00

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近日,Quanterix公司结束公开发行,出售股票的总收入高达2.875亿美元。加上之前的融资,Quanterix的资金总额已达4.99亿美元作为单分子检测技术领域的头部企业,Quanterix研发的Simoa技术是目前最灵敏的蛋白检测技术。能与之媲美的,唯有默克公司的SMC技术。

 

从2007年公司成立到成功上市,Quanterix经过了大大小小一共9次融资。

 

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Simoa技术:具有飞克级别的超高灵敏度

 

蛋白质是什么?蛋白质是生命的物质基础,也是生命活动的主要承担者。它在人体的疾病与健康中扮演着非常重要的角色,可以说没有蛋白质就没有生命。一直以来,蛋白质研究永远活跃在生物医疗领域的第一线。如果我们将蛋白质比作一棵参天大树,那免疫检测一定是其中最引人注目的一节枝丫。

 

那么,免疫测定到底是什么呢?免疫测定是一种应用免疫学技术测定标本的方法。从第一代的放射免疫技术开始,再到后来的ELISA和化学发光试验。直到近年来,单分子检测技术才慢慢出现在大众的视野里。

 

Quanterix的发展核心就是单分子检测技术2007年,美国工程院、医学院两院院士David Walt带领着来自哈佛大学的技术团队创立Quanterix公司。然后对单分子检测技术展开了长达3年的研究。2010年,David Walt 与 David Duffy 在Nature Biotechnology上发表了一篇关于Simoa技术的论文。

 

至此,Simoa技术首次公开面世。

 

为了打破传统免疫检测方法的局限,实现更低浓度蛋白质检测,Quanterix采用类似于Digital PCR的设计理念开发出Digital ELISA,这就是Simoa技术。

 

Simoa技术能够以前所未有的较低水平测量生物标志物。ELISA和化学发光可以说是免疫学中的经典试验。但在灵敏度的检测上,Simoa技术较传统ELISA方法能够高出2~3个数量级,达到飞克级别(fg/ml)。时至今日,Quanterix公司早已成为单分子免疫检测技术的行业领跑者。

 

那么ELISA是什么?化学发光又是什么呢?

 

ELISA是以免疫学反应为基础,将抗原、抗体的特异性反应与酶对底物的高效催化作用相结合起来的一种实验技术。用于临床检验的ELISA方法主要有双抗体夹心法测抗原、双抗原夹心法测抗体、间接法测抗体、竞争法测抗体或抗原和ABS-ELISA法。

 

但无论是哪种方法,利用ELISA法测样一定要包含以下三种试剂:(1)免疫吸附剂——固相的抗原或抗体;(2)酶联物、结合物——酶标记的抗原或抗体;(3)酶的反应底物。

 

化学发光免疫测定则是利用化学发光剂直接标记抗原或抗体,然后与待测标本中相应的抗原或抗体反应。通过磁场将沉淀部分和游离状态的化学发光剂标记物分离开来。最后加入发光促进剂,检测发光强度。

 

按照包被方法的不同,化学发光分为微粒式和微孔板式。其中微粒式又分为磁微粒式和非磁微粒式。以标记物来分,化学发光则分为直接化学发光免疫分析、电化学发光和化学发光酶免疫分析。

 

目前国内的化学发光市场,基本被罗氏、西门子、雅培等国际巨头垄断。

 

从“病态护理”到“预防医疗”

 

Quanterix公司的董事长和首席执行官Kevin Hrusovsky,经验丰富,履历多姿。他在2014年加入Quanterix,成为公司的董事会执行主席,然后在2015年成为Quanterix的总裁。

 

Kevin Hrusovsky毕业于俄亥俄州立大学机械工程专业,而后又在俄亥俄大学取得了工商管理硕士学位。他在生命科学和个人医学方面做出巨大地贡献,为此弗雷明翰州立大学授予他荣誉博士学位。此外,Kevin Hrusovsky还帮助哈佛商学院战略与竞争力研究所建立了竞争战略课程。

 

在加入Quanterix之前,Kevin Hrusovsky曾担任PerkinElmer的生命科学和技术总裁、Caliper Life Sciences(现Perkin Elmer)的首席执行官和Zymark Corporation(现Perkin Elmer)的首席执行官。此前,他曾在E.I.杜邦公司担任关键管理职务,还担任过FMC公司制药总裁和国际农产品主管。

 

不仅如此,在许多的创新技术公司中,也存在Kevin Hrusovsky涉足的痕迹。包括 BioreclamationIVT、Caliper Life Sciences、Cell Signaling technology、908 Devices、Cellaria、SeraCare、Synap Dx、Xenogen和Solect Energy。

 

除此之外,Kevin Hrusovsky的教育事业也未曾落下。他在马萨诸塞州生物技术委员会教育委员会、布朗大学生物医学工程中心咨询委员会、实验室自动化协会、JALA编辑委员会以及波士顿儿童医院战略委员会均有任职。

 

作为生命科学和医疗保健行业的远见卓识者,Kevin Hrusovsky曾是哥伦比亚广播公司,NBC,CNN,CNBC,华尔街日报,The New York Times,国际商业时报,The Washington Post,波士顿环球报等众多媒体的特邀嘉宾。

 

不仅如此,他还经常被邀请在行政首脑会议、主要会议和小组讨论会上发表演讲。包括BIO国际公约、摩根大通医疗保健会议、大西洋医疗保健峰会、医学城市会议、个性化医学联盟年会和世界创新论坛等等。

 

Kevin Hrusovsky这一生曾获得多个奖项:

 

2013年,俄亥俄州立大学颁发的E.G.贝利创业奖;

2015年,Kevin Hrusovsky被评为BostInno 50名健康与医学奖入围者;

2017年,因Kevin Hrusovsky对医学和健康实践的改造,获得BBJ创新全明星奖;

2018年,俄亥俄州立大学为其颁发终身领导成就奖;

除此之外,在2007年、2017年和2018年,Kevin Hrusovsky三次入围安永年度企业家。

 

Kevin Hrusovsky入行30余年,经验无数,贡献无数,也荣誉无数。纵观他这半生的“所言所行所表”,将之归纳统一,为的就是将医学从反应性“病态护理”转变为预防性和个性化的医疗保健。这与Quanterix的理念不谋而合。

 

Quanterix的五大核心检测仪器

 

Quanterix公司一直致力于数字化的蛋白标志物研究。基于公司的核心技术Simoa,Quanterix推出一系列仪器。这一系列仪器广泛应用于肿瘤,神经、心血管、感染性疾病和免疫炎症等多个领域的蛋白标志物检测,以及MIRNA检测。

 

2014年,Quanterix推出第一代全自动单分子免疫检测仪HD-1。HD-1的灵敏度比传统ELISA免疫检测水平高出1000倍,并且能够将CV值控制在10%以内。HD-1还具备多重分析能力,单个样品可进行10重检测。并且兼具使用96孔板或离心管上样,一次可载入288个样品。

 

2018年,针对检测自动化和检测通量需求较低的科研实验室,Quanterix推出了半自动检测系统SR-X。SR-X可同时在血液中直接检测6种生物标志物,所需样本体积小的同时还能保证结果的准确性和重复性。与HD-1相比,SR-X体积小,价格低。它可以直接从血液中检测蛋白质、核酸以及MIRNA标志物,不需要复杂的提取和容易出错的扩增步骤。

 

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图一:SR-X(图源:Quanterix公司官网)

 

同年,杭州纽蓝科技有限公司获得Quanterix授权,成为国内的总代理。该公司通过线下推广、学术会议组织等多种形式,在国内大力推广单分子免疫检测技术概念。

 

2019年,Quanterix推出HD-X。作为HD-1的升级版本,与HD-1相比,HD-X优化了磁珠载入系统,提升稳定性的同时也支持更多重数的指标检测。

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图二:HD-X(图源:Quanterix公司官网)

 

2018年,Quanterix并购Aushon BioSystems公司。然后推出更适合于多重检测的SP-X平台。在此之前,提到Quanterix,提到Sioma,大家想到的一定是它超高的灵敏度。而这一次推出的SP-X,Quanterix不再以Sioma为核心,而是选择采取类似于MSD的微阵列的方法开发产品。

 

与之前的产品相比,SP-X可同时完成12种不同目标分子的检测。但它的灵敏度只比传统ELISA高10~100倍。SP-X可为客户提供如人、小鼠、大鼠等不同物种类型的试剂盒,从而进行相关样品的多重检测。并且SP-X平台还提供“私人定制服务”。客户可根据需要从250多种生物标志物中进行选择定制单重或多重分析试剂盒。

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图三:SP-X(图源:Quanterix公司官网)


SP-X面世的同时,Quanterix还推出一款名为2470 Arrayer的高通量微阵列打印仪。2407可以将多种生物样品快速并精确的打印到基底上。2407涵盖的样品类型丰富,包括血清、血浆、核酸、蛋白、抗体、多肽、脂质、小分子和碳水化合物等。

 

2470主要应用于药物靶标的发现、细胞信号通路的研究、蛋白相互作用的分析、蛋白/多肽核酸等微阵列的制备、生物标志物的发现以及临床样本的检测等。它的轻触沉积技术克服了遇到粘性样本时易发生的针头阻塞和不规则打印的问题。此外,2470的曝光补偿技术还消除了样品板和打印基底的不同位置上的蒸发差异。


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图四:2470(图源:Quanterix公司官网)

 

Simoa:包围神经、肿瘤、免疫、心脏、传染五大领域

 

Quanterix研发的Simoa技术能够在超低水平上检测肿瘤、神经、心脏等生物标志物。这一优势使其在肿瘤、免疫、心脏病、传染等多个领域起到重要作用。

 

Simoa技术的开发为早期肿瘤的检测提供了新的选择。Simoa检测能够用来监测癌症风险,更好的识别病证尚不明显的癌症早期。然后区分出肿瘤细胞的良恶,为病人提供更好的治疗方案。

 

疾病的提早发现使人们具有更多的治疗选择。Simoa生物标志物的检测还能够随时监测病人在癌症治疗阶段的情况,以便医生做出更好的治疗选择。除此之外,Simoa生物标志物的检测还能够监测癌症在早期阶段是否存在复发的情况。

 

在神经病学方面,Simoa分析可以检测NfL、Tau、GFAP等与疾病相关的神经生物标志物。传统神经生物标志物一般在脑脊液中检测。而Simoa能够在血清或血浆中检测到神经标志物,并且是在得病早期。现目前,Quanterix已在神经退行性变、神经炎症、创伤性脑损伤(TBI)和多发性硬化(MS)等多个方面开展工作,推动头部健康的研究。

 

Simoa检测还具有检测心脏生物标志物的潜力。Simoa的高灵敏度使其能够检测并监测疾病细小的变化。这一能力使得高危患者在疾病发展早期便得到识别,从而得到更好的预防和治疗。另外,Simoa检测还可以应用到预测重大心血管不良事件、心力衰竭的发展等各个方面。

 

在免疫和炎症的治疗上,Simoa可以检测血清和血浆中的炎症和抗炎分子。Simoa的高灵敏度,使炎症在健康和疾病生物学中发现了新的作用。

 

传染病是当今最热门的研究领域之一。当病毒具有传染性并迅速繁殖时,能够在病毒复制阶段检测出传染病生物标志物,对疾病传播的控制非常重要。

 

默克SMC系统&光与生物单颗粒光学技术

 

目前全球范围内,知名度最高的单分子免疫检测技术平台除了Quanterix 公司的 Simoa 系统之外,还有默克公司 的 SMC 系统。

 

SMC技术早期由Singulex公司研发。2015年,默克公司收购SMC技术,并将其运用到生命科学研究领域之中。经过两年的研究,默克公司在2017年推出新一代高通量检测平台——SMCxPRO。

 

SMCxPRO与Simoa技术有一个共同的特点——超高灵敏度检测,检测极限可达飞克级别。除此之外,SMCxPRO系统还具有检测速度快、结果准确、结构小巧等特点。时至今日,SMCxPRO已经成功应用到肿瘤、免疫炎症、心血管疾病、代谢病、药效动力学等多个研究领域中。

 

在ACCSI 2019仪器风云榜颁奖盛典上,SMCxPRO单分子免疫检测仪在680款优秀产品中脱颖而出,荣获“2018科学仪器优秀新品”大奖。同时,推出SMCxPRO的默克公司也获得“2018年度最具影响力厂商(生命科学类)”殊荣。

 

国外单分子检测技术逐步兴起,但国内在这一领域的研究还处于萌芽状态。光与生物有限公司是国内第一家单分子检测技术公司。2020年,该公司的首席科学家何皓博士对单分子检测做出了学术报告。

 

何皓博士在报告中详细分析了Quanterix的Simoa技术和默克公司的SMC单分子检测技术的优缺点。他表示高昂的成本是这两家公司共同的痛点。

 

光与生物有限公司采用单颗粒光学技术的方法,直接对抗体进行计数,并以此实现单分子的绝对定量检测。何皓博士强调,他们的核心突破点在于他们自主研发的荧光材料具有高亮度、稳定性和均一性。在他们的研究中,只需普通的荧光显微镜系统就可以实现单分子荧光计数。而这一点在设备成本和检测时间上具有显著的优势。

 

目前的单分子免疫检测技术仍处于发展中阶段,它所面临的阻碍和机遇是等比的。免疫检测技术发展至今,ELISA和化学发光已经做到了它们的极致。未知的将来里,单分子免疫检测技术到底是代替ELISA和化学发光成为新一代的免疫检测的龙头老大?还是被未知的新型免疫检测技术踩在脚下?我们敬请期待。


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