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【首发】齐碳科技完成新一轮4000万元融资,致力于纳米孔基因测序技术研发

作者:王世薇 2019-08-08 08:00

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动脉网(微信号:vcbeat)第一时间获悉,专注于创新纳米孔单分子基因测序技术的齐碳科技近日宣布完成第三轮4000万元人民币融资,本轮投资方为中关村协同创新基金、雅惠精准医疗基金。据了解,本次融资将主要用于新一代纳米孔基因测序仪的技术研发、设备采购及人员招募。

 

齐碳科技成立于2016年9月,采用纳米孔基因测序技术,自主开发快速、低成本、小型化的第四代基因测序仪和配套试剂。本轮融资完成前,齐碳科技已经累计获得2300万元融资,资方包括天使投资机构合力投资、华控基石基金等,风险投资机构百度风投等。

 

基因测序技术的大量应用与四次迭代

 

自2006年最早出现在科研CRO服务中始,基因测序快速大规模进入临床领域,提供丰富生物信息解读数据的同时,帮助医学检验实现跨越式进展。根据基因慧预测,2019年基因测序行业全球市场规模达到145亿美元,CAGR达到25%。国内市场规模预计30亿美元,主要影响因素为产品审批、定价和市场教育。

 

期间,主流基因测序技术完成了四次迭代,科研人员围绕更高通量、更长读长、更低成本的基因测序积累了大量尝试。

 

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四代测序技术对比(动脉网根据公开资料整理)


其中,一代测序由于通量低、成本高,难以满足现代生信分析模型对于数据体量的要求,逐渐淡出测序舞台,二代测序即NGS成为近十年来的主流基因测序技术。目前,二代基因测序仪市场基本被Illumina、Thermo Fisher等海外巨头控制,国内基因测序公司则多位于行业中下游,或购买测序仪提供基因测序服务,或为测序结果提供数据分析服务,相对较弱的市场议价能力无疑制约了行业发展。

 

不过,由于NGS读长短、操作难度大,无法覆盖更广泛临床场景下复杂样本的测序需求。近年来,以单分子荧光测序和单分子纳米孔测序为原理的三代和四代测序技术得到快速发展,其超长读长、灵活便捷的特点点燃了产业界对基因测序应用新的热情。

 

随着牛津纳米孔科技在2012年发布首款便携式基因测序仪MinION,越来越多的生物科技公司和大型企业布局单分子测序赛道。2015年,罗氏收购Life Science,后者曾发布454测序平台;2016年,Illumina在Solexa发布单分子测序仪Genome Analyzer后将其收购,美国生物系统公司也于同年收购拥有单分子测序仪SoLid的Agent Count。

 

目前,Pacific Bioscience和Oxford Nanopore是国际上主流的单分子测序仪制造商,他们分别基于单分子荧光测序技术和纳米孔测序技术提供满足不同功能的基因测序仪。


国外主流测序仪.png

主流单分子测序仪(动脉网根据公开资料整理)


其中,以纳米孔测序为原理的四代测序技术由于减少了三代测序的复杂光学设备和移液机械结构,能够实现更经济便捷的测序。纳米孔分析技术起源于Coulter计数器的发明以及单通道电流的记录技术,1996年,随着利用α-溶血素对DNA测序新设想的提出,生物纳米孔单分子测序进入发展快车道。经过二十几年迭代,纳米孔测序技术开始趋于成熟。

 

纳米孔测序基本工作原理是,将蛋白质纳米孔嵌入磷脂膜并置于充满电解液的腔内,纳米孔只允许单链核酸分子通过。当电压作用于电解液时,由于四种碱基结构(ATCG)结构不同,通过纳米孔时会产生差异化的电信号强度,造成电流跳变。这种电信号被测量并记录后,经数据分析可识别通过纳米孔的碱基序列。

 

纳米孔测序无需标记、无需放大,在读长和时间上优于传统二代测序,并实现单分子检测技术,有望在DNA、RNA、蛋白质等多种重大疾病生物标志物检测方面得到广泛应用。

 

跨学科合作团队,让国产四代基因测序仪成为可能

 

齐碳科技核心创始人白净卫博士第一次接触到纳米孔测序技术的时候,纳米孔测序还做不到单碱基分辨,测序信号捕捉也极不稳定,“但我个人很喜欢,并且看好这项技术。” 他曾在全球最早尝试通过对含有多层金属电极的固态纳米孔施加电压以控制核酸运动和检测核酸序列,踩过很多坑。

 

失败的经历让白净卫得以看清纳米孔测序技术应有的发展路径,他分析认为,纳米孔测序需要突破两个关键点,第一,找到合适的纳米孔,以实现单碱基分辨;第二,采用合适手段让DNA匀速通过纳米孔。纳米孔技术的后续发展,验证了他曾经的判断。

 

2016年中旬,白净卫回到国内,联合胡赓、谢丹、陈呈尧三位博士创办了齐碳科技,绕过二代基因测序红海市场,基于纳米孔技术开发全新技术原理的基因测序设备。纳米孔测序技术的学科交叉特点明显,从蛋白工程、流体芯片到电信号采集处理,对研发团队的跨学科综合处理能力要求极高。四人组成的创业团队正好契合了跨学科需求,也成为他们的独特优势。

 

白净卫本科毕业于北京大学化学系,是加州大学洛杉矶分校材料学博士,从IBM沃森实验室博士后出站后,他曾在Illumina公司从事基因测序技术研发,有超过10年的微纳器件研发经验;胡庚博士毕业于清华大学自动化系,是电子仪器专家,曾领导了西门子中国的首个达到SIL-3级功能安全标准的过程仪表产品线研发项目,并入选2015年西门子中国Young Talent;谢丹博士是生物信息学专家,伊利诺伊大学香槟分校生物医学工程博士,斯坦福大学医学院博士后,他在测序技术和生物信息学领域积累丰富,主要负责测序仪后端信号分析;陈呈尧博士是蛋白工程专家,曾在Life Technology和Illumina担任资深研究员,并由于为Illumina测序试剂性能提高所做出的突出贡献获得2013年Illumina Innovation Award奖励,在齐碳科技负责蛋白生化的技术研发。

 

2017年2月,齐碳科技获得合力投资等机构的天使轮投资,随后完成原理样机设计。验证技术可行性的同时,齐碳科技开始受到资本市场关注。次年2月,齐碳科技完成由华控基石基金和百度风投领投的第二轮2000万元融资,团队成员快速扩张到20余人。

 

2018年,齐碳科技一方面为具有自主知识产权的控速蛋白申请国内专利,构建技术壁垒,另一方面对原理样机进行迭代,将原本16通道拓展到64个通道,测序数据分析算法准确率从80%提高到90%。据胡庚介绍,齐碳科技拥有自主知识产权的首款纳米孔测序仪QNOME-6410已经完成工程样机的研发,将于2020年初推出最小可行化产品。

 

QNOME-6410轻巧便捷,一键完成操作,达到10kbp以上超长读长,支持即时诊断,并且单次运行成本低,以中高通量完成准确率超过90%的基因测序,可以为从事病原体研究的科研机构提供数据服务。

概念图.png

QNOME-6410概念图(受访者供图)

 

目前技术条件下,纳米孔高通量测序的成本很高。齐碳科技的解决方案能够实现稳定的双层膜流体芯片构造、稳定的控速蛋白、精度可调的纳米孔蛋白,将流体芯片与后端复杂、昂贵的检测电路分离,并且具有稳定的测序表现,这将极大减少耗材成本。此外,齐碳科技自主设计的电化学传感装置ASIC芯片,能够精准检测pA级别的微弱电流,结合自主研发的多重深度学习算法能够提供更多分子层面信息。


探索基因检测新场景

 

白净卫指出,由于更灵活、易携带、成本低、耗时短,纳米孔测序技术可以让基因测序应用到更多新的场景。

 

一方面,纳米孔测序仪有望把科研工作从实验室里解放出来,不再局限于把样本带回实验室分析的传统固有模式,而是把测序仪带到一线研究现场,快速方便地测序;另一方面,这一技术也让家用测序仪成为可能,在更多存在可视化和快速需求的场景下得到应用。

 

更重要的是,纳米孔测序技术能够弥补NGS技术的不足。例如,利用超长读长,可以对病原体等生物进行准确测序,避免片段拼接引入的错误。在病原微生物测序中,由于病毒和细菌形成混合物,碱基片段非常相似,NGS技术往往只能检测出多种细菌的共性片段,从而很难准确判定细菌类型,但长片段的纳米孔测序则能够更精确地对病原体分类进行定位。

 

不过,白净卫强调,纳米孔测序在准确率、稳定性、样本类型等方面还存在全链条提升的空间,测序平台构建和市场培训是齐碳科技当前很重要的任务。胡庚告诉动脉网,齐碳科技接触了国内多家知名医院,后者对纳米孔测序技术十分期待,“公司会在临床验证技术成果的同时,基于自身对纳米孔测序的理解和研发经验进行前期布局,尝试解决临床问题。”

 

正如白净卫所言,纳米孔测序的底层技术开始趋于成熟,而临床应用尚未完全成型,此时入局正当时。


注:文中如果涉及动脉网记者采访的数据,均由受访者提供并确认。如果您有资源对接,联系报道项目,寻求合作等需求请填写 需求表

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