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一体化时代,数字PCR如何叩开临床检验科大门?

作者:王世薇 2021-09-28 08:00

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国内数字PCR赛道仍在回温。

 

此前,国内数字PCR企业思纳福医疗对外宣布完成近2亿元B轮融资,一举刷新了该赛道最大单笔融资的记录。

 

一方面,国际分子诊断巨头在数字PCR赛道中大动作频频。近日,伯乐公司继其重磅产品一体式数字PCR QX one发布后,又推出了QX600多通道版本。凯杰生物则通过并购整合的方式一次性推出三款一体式数字PCR设备,因美纳旗下Stilla也发布6通道检测新产品。赛默飞世尔作为老牌数字PCR供应商,在其QuantStudio 3D竞争力不足的情况下,快速整合新平台,并悄然上架了QuantStudio™ Absolute Q™新产品,强势回归。虽尚未正式披露,分子诊断巨头罗氏也在预热数字PCR产品的发布,据悉,目前在国内已经可以见到Demo机器。至此,几乎所有的分子诊断国际巨头都进行了数字PCR赛道的布局。同时我们也能够看到,数字PCR高端竞争格局正式进入“一体化时代”。

 

另一方面,头部投资机构大举重仓押注。数字PCR优质企业思纳福医疗、新羿生物、锐讯生物、领航基因等相继完成了新的融资。继新翌生物在年初拿下1.5亿元赛道最高融资额之后,思纳福医疗再度将国内数字PCR领域融资记录刷新到近2亿元。而其中这一波入局数字PCR的投资者中,不乏国内外头部机构身影。

 

在二代测序(NGS)逐步厮杀成红海、实时荧光PCR(qPCR)供需日趋饱和的当下,曾经属于数字PCR的舞台似乎又重新启幕。


数字PCR何以杀回来?


在快速迭代的医疗器械创新中,很少会有新技术的应用可以梅开二度,但数字PCR做到了。实际上,赛道回温的背后,是变化了的数字PCR行业生长逻辑。

 

首先是新冠疫情期间反复出现的全民核酸检测,帮助分子诊断快速而高效地完成了市场教育,同时也展现了市场对高灵敏度核酸检测的刚性需求。尽管真正因此火起来的是上一代的qPCR,但数字PCR产品渗透中认知门槛明显降低了。其次是文章开头所提及伯乐公司、凯杰生物、罗氏、赛默飞世尔、因美纳等诊断仪器巨头纷纷落子,尤其是作为qPCR绝对主力的凯杰生物掉转车头重点突围数字PCR,让人们对于数字PCR的未来想象更多了一份考量。

 

这其中,数字PCR行业的底层逻辑,原本就是其在技术性能上相对qPCR的信噪比、准确性、可靠性等方面的显著优化。

 

有从业者向动脉网表示,如果单纯考量技术,数字PCR的出现是PCR领域一次革命性的突破,在很多方面实现了显著提升。具体而言,数字PCR采用分子级别的相互分割的反应体系,能够减少分子之间的竞争抑制,相当于将样品的信噪比提升了3-4个数量级。同时,数字PCR所采用的定量方法由通过标准物质的“比对定量”方法,变成了依据统计模型的“计数定量法”,定量的准确性极大提高。此外,数字PCR的信号读取形式从qPCR的模拟信号读取升级到数字信号读取,提升了检测系统的抗干扰能力,并且大大降低了检测流程对试剂性能的要求。对于数字PCR而言,检测结果不再依赖反应体系的扩增效率,这在复杂样本的检测中能够大幅度优化检测结果的可靠性。

 

也就是说,一旦数字PCR的产品在成本和易用性层面成熟到可以媲美qPCR,将意味着有希望在现有场景中快速替代后者。

 

“从临床端的需求来看,分子诊断大体可以分为两大类,”一位从事数字PCR应用推广多年的产品经理告诉动脉网,“一类是多位点定性检测,多用在筛查检测中,主要选用的技术平台是NGS、基因芯片等;另一类是少数位点定量检测,一般用在伴随诊断中。”在多位点的筛查检测中,除了对灵敏度要求极高的场景(例如:液体活检、体液微生物检测等),PCR技术并没有太大的优势。而一旦确诊后进入到治疗过程,或者明确需要检测的少数位点之后,PCR技术就成为几乎唯一可行的解决方案。这是因为对于少数已知基因位点检测而言,无论是定性检测灵敏度还是定量检测的准确度,PCR技术都具备更优的成本效益。“目前,尽管PCR市场的主流技术平台仍是qPCR,等到数字PCR的技术成熟度和成本优化足够,无疑会迎来巨大的市场机会。”这位产品经理表示。

 

此外,对于数字PCR的开发者和终端用户而言,这轮回温更深层次的原因则在于技术和工艺积累之下,数字PCR产品形态终于实现了实质性突破,从多工具组合到一体化流程、从样本外送到本地化实验、从操作复杂到用户友好,这让数字PCR迭代qPCR的理想正一点点照进现实。


产品化能力桎梏多年


数字PCR技术已经有超过20年的发展史。但从产品角度看,数字PCR才刚刚起步,大部分数字PCR产品还停留在“多工具组合”的阶段。换言之,如果对应到qPCR的发展历程,当前大部分的数字PCR产品成熟度还停留在20年前半自动化的阶段——操作复杂且不准。

 

产品化能力滞后的一个重要原因在于,想要采用传统微流控方案实现一体化在技术层面实现的难度较大。这是因为液滴生成、扩增和检测都需要用到不同的耗材,调用设备的不同功能模块,这极大提高了技术复杂性。据了解,作为数字PCR产品最早期开拓者的伯乐公司,耗时近10年才完成了数字PCR仪从多工具到一体化的产品形态迭代,而更多的数字PCR厂商则在反复尝试失败后淡出市场。

 

即便伯乐公司终于推出的Qxone,也只是基于内部集成机械手的形式来实现一体化的产品形态。然而,数字PCR运行中会涉及大量模块和部件,从工艺上确保集成体系的稳定性和可维护性难度大,成本也比较高。在国内,虽然有许多数字PCR研发团队不断尝试,却尚无微流控方案的数字PCR一体机上市。

 

数字PCR产品形态长期止步不前,严重限制了技术的想象空间,由此造成了产品长期以来无法踏入IVD领域的尴尬局面。

 

有从业者向动脉网透露,由于产品端不够成熟,数字PCR直到2020年才开始陆续开发临床市场,此前主要应用在科研和公共卫生领域,全国的设备保有量不到1000台。“现阶段有能力落地的主要是国外品牌,其中伯乐公司在全国布局了500~600台设备,每年新增100~150台,其次是在累计已经布局60~80台设备的Stilla,他们每年新增的装机量在20~30台左右,而凯杰生物的战略重心聚焦在数字PCR后,一年来也逐渐占有了一席之地。”这位从业者指出,“国内方面则以投放测试为主,装机量增长比较快,但真正活跃的保有量并不够,整体来看,市场渗透还在早期阶段,以qPCR的装机量来看,未来还有巨大潜力。”

 

因此,对于数字PCR厂商而言,技术优化和产品迭代仍然是当务之急。只有解决了产品形态的问题,让数字PCR逐渐下沉到应用场景中去,其高灵敏度、准确定量的优势才能体现出来,进而逐步实现对qPCR技术的替代。


从科研到临床的破局


从某种意义上讲,2020年是数字PCR“一体化时代”的开端,也是其临床落地的元年。

 

2020年初,伯乐公司将前述全球首款数字PCR一体机Qxone推向市场。对于数字PCR产业化而言,这是一个重要里程碑,标志着数字PCR产品进入一体化阶段,其产品成熟度基本达到了qPCR程度,为这项技术从科研、公共卫生向临床诊断延展打开了突破口。数月后,凯杰生物的数字PCR一体机QIAcuity系列也高调亮相。

 

动脉网注意到,就在伯乐公司和凯杰生物两大巨头争相推出一体化数字PCR仪的同时,国内数字PCR企业思纳福医疗也推出了其数字PCR一体机DQ-24。据了解,DQ-24由思纳福医疗自主研发,使用体验方面已经十分接近ABI的经典qPCR仪7500。这是首款国产一体化数字PCR仪,也是全球已经上市的第三款。DQ-24的上市标志着我国数字PCR技术达到国际顶尖水平,在产品成熟度上展现了和国际顶尖玩家“齐头并进”的局面。

 

据思纳福医疗创始人盛广济介绍,思纳福数字PCR技术不仅实现了产品性能的赶超,在技术路线上也完全跳出了过去 “进口仿制,国产替代”的老路子。思纳福医疗从底层技术创新做起,开辟了全新的“振动注射”技术路径,构建了自己的技术体系,并进行了全面的国际化专利布局。DQ-24基于 “振动注射”技术,将液滴生成、扩增、检测等环节集成到同一个位置,从而避免涉及复杂的液滴转移问题,并且液滴还可根据试验需求调节体积及数量。

 

“DQ-24是目前同类产品中自动化水平最高的,”盛广济指出,“使用中需要用户执行的手工步骤很少,只需八连管上机即可,操作体验和qPCR几乎完全一致,用户的学习成本基本为零。”此外,液滴生成油相使用的是矿物油,具有低成本、无挥发、环保的特性,同时也是目前市面上唯一能够实现无缝兼容现有qPCR试剂体系的数字PCR平台,用户可以直接使用在qPCR平台上已经优化好的实验体系,无需重复研发,大大降低了用户平台升级所带来的工作量。另外由于DQ-24无需微流控耗材,单次检测成本相较于同类产品下降了一个数量级,有望推动数字PCR技术在临床应用场景的大规模推广落地。

 

目前,DQ-24已投入市场,并快速放量。“现在可以说是一体化数字PCR仪商业化最好的时代。先有数字PCR概念在应用场景下多年的缓慢渗透,后有国际巨头持续迭代产品,大大降低了推动用户端使用数字PCR仪的市场教育成本,”盛广济表示,“而国产设备更低的装机成本、更及时的技术支持相应也成为迅速攻占市场的竞争优势。不到一年的时间我们已经实现累计装机近100台,一体化数字PCR的市场普及速度远超过去,也充分展现了用户对一体式数字PCR技术的欢迎”

 

所以当数字PCR这项性能更优的分子诊断技术找到了合适成熟的产品形态,打开临床检验市场的大门,似乎只是时间问题。试想,同样的使用成本和更优的操作体验下,有什么理由拒绝更高灵敏度,更高精度的核酸检测技术呢?

 

眼下的热潮是数字PCR在回归,也是数字PCR在超越。


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