墨卓生物——让精准医疗更快更好的走入每个家庭

2019-09-09

墨卓生物科技是泰有基金投资的一家正在迅速发展的创新型企业。公司主要研发、制造并销售应用于精准医疗、数字医疗的分子诊断试剂及精密仪器。此外,该公司还开发用于肿瘤早期检测、病原体快速筛查、SNP单碱基突变、DNA指纹图谱分析等的分子诊断试剂盒。


墨卓生物科技的联合创始人、CEO裴颢,2010年从清华机械系毕业后来到美国哈佛大学攻读博士学位,师从微流控领域美国三院院士,David Weitz教授。毕业后在哈佛产业转化研究院——Wyss institute做过一年的医疗器械研发。2018年创立墨卓生物。


墨卓生物创业类别在大类上属于医疗器械——IVD体外诊断,分子诊断方向,细分的话是基因检测。用到的技术是微流控、和数字PCR。主要应用是在精准医疗、环境检测等方向。


PCR 是生物体外的特殊DNA复制,是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术,简单的说,把DNA1个变成2个,2个变成4个,4个变成8个,8个变成16个的过程,叫做PCR。数字PCRDigtal PCR)是一种核酸(DNA RNA)定量精密检测的新兴技术手段,灵敏度可达到单个核酸分子,比传统的荧光定量PCR技术有更好的精确性和灵敏度。


PCR在医学生物实验室是一种非常基础的分析方法,用量非常大,现在医院中很多项目,如HPV、乙肝等,都是用传统的PCR方法检测的。


公司主要做的是精准医疗设备,第一个基于微流控的产品是“数字PCR一体机“,简单的说,墨卓的机器(包括配套耗材芯片和试剂)更精准、更快捷、操作更方便、体积更小。


PCR是一个平台型技术,下图可以看到PCR在各个领域的广泛应用。



数字PCR技术有这非常广泛的应用,大体可以分为三个大类,科研、临床和其他。具体看,有肿瘤液体活检、靶向治疗伴随诊断、无创产前检测、病原微生物(病毒、细菌、真菌等)检测、食品安全检测、遗传疾病诊断、移植排斥监控、肠道菌群分析、药物基因组检测、基因表达分析、环境检测和分子生态、农业和动植物检测等多个研究方向。


先看一下全球市场:



2022年,根据现有项目保守估计PCR 市场规模将超过53亿美元,增速15-20%。是医药行业增速的3-4倍。

更重要的的新增项目,这里划个重点!刚才我所说,我们的技术提供了更方便的操作、更快的检测速度,和更精确的灵敏度,这会产生很多新增项目,这个也是符合医院和病患的利益的,新增项目。结合上表,在超过1000亿美元的市场中考量新增项目,我们估计数字PCR市场的规模会远远大于53亿美元。



再看看中国市场:



中国定量PCR和数字PCR市场将以20%的年复合增长率增长,而数字PCR的增长将超过传统PCR,甚至完全取代传统PCR. 可以看出,在2022年的总市场规模将达到182亿元人民币。


在未来大健康、精准医疗时代,这是非常重要的技术,市场巨大,对国家发展战略也比较重要。科技部十三五医疗器械科技创新专项规划,专门把数字PCR列为国家重大产品研发重点方向。


“重大产品研发重点发展方向:重点开发现场快速提取/检测核酸一体化平台、新型基因测序仪、随检全自动核酸检测系统、定量数字PCR等系统


【应用举例】


1.  肿瘤早期研究

循环肿瘤DNA是肿瘤细胞释放的DNA以游离形式存在于血液中,可作为癌症诊断的预警分子。与肿瘤组织活检相比,血液循环肿瘤DNA检测具有微创性,可实现液体活检。但是,采用循环肿瘤DNA进行癌症早期诊断非常困难,原因在于循环肿瘤DNA在血液中的含量极低,检测过程中受高浓度背景的血细胞DNA的影响。dPCR通过高通量微滴技术使循环肿瘤细胞DNA以单分散形式存在于微滴中,降低了循环肿瘤DNA与血细胞背景DNA的相对浓度,从而实现对循环肿瘤DNA的检测。dPCR具有极高的灵敏度,可实现对循环肿瘤DNA的精确定量,可分析低至0.001%-0.0001%的突变频率。

应用实例:实现肺癌相关的表皮生长因子受体(EGFR)中T790M突变的检测,可以更好地评估抗酪氨酸激酶抑制剂的治疗。然而,由于其他技术检测灵敏度有限,无法在高背景EGFR野生型中可靠地检测到T790M突变。而以dPCR法来检测肺癌患者痰液中基因的突变,使用dPCR 在EGFR 突变患者中有30%-50%可以在痰液中检测出EGFR(表面生长因子) 突变,这与在血液中检出率相似,表明使用dPCR 对痰液的检测可代替某些病人的活检,dPCR 还应用于通过其他体液,以非侵入性的方式诊断肿瘤。



2.  病原微生物检测

dPCR相较于普通PCR灵敏度更高,因此不经细菌培养即可对样品直接进行鉴定。采用多种细菌的通用引物进行多重PCR分析,还可提高通量,节约成本,实现快速诊断,可用用于疾控中心、出入境检验检疫局、实验室等的快速检测。另外,精确的病毒载量分析对阐释疾病发生发展过程至关重要。在对病原体的研究中,采用dPCR可实现对病毒DNA或RNA的精确定量,用于进一步病毒载量分析和评估。

应用实例:同时采用qPCR和dPCR方法检测临床样本中残留的人类免疫缺陷病毒(HIV),其中包括功能性治愈的HIV感染婴儿。结果表明,在检测百万个细胞内的 HIV DNA拷贝数时,dPCR的灵敏度是qPCR的5倍;在检测病毒长末端重复序列时,dPCR的灵敏度是qPCR的20倍。其次,对于HBV的检测,ddPCR成功的克服了qPCR在检测FFPE处理的肝癌患者组织样品中HBV DNA时,遇到的准确度、灵敏度和重复性不足的缺点。结果显示:dPCR的灵敏度和准确度比real-time PCR更高——131个待测样品中HBV DNA浓度范围为1.1~175.5 copies/ul; 即使是在24个血清学检测呈阴性的样本中也检测到了痕量的HBV DNA;样品中HBV DNA的含量与肝细胞癌(HCC)组织的临床分期一致;ddPCR技术可以用于肝癌的早期无创诊断,病程监控,肝移植、化疗或免疫抑制的疗效评估。此外,在人类甲型H1N1流感病毒检测中,dPCR被用来检测抗神经氨酸酶抑制剂——奥司他韦相关的单核苷酸多态性(SNPs)。dPCR可以使基因DNA中野生型(wT)稀有SNPs的检测灵敏度下降至0.001%。此外,其也可以提高稀有突变在高丰度的WT背景下的检测灵敏度。



3.  与下一代测序相结合

下一代测序(next generation sequencing, NGS) 需要通过测序校正分子数量,文库制备需要微克级的样本核酸,对样本量要求较高。 dPCR 实现了测序文库的绝对定量,消除了构建和PCR定量标准曲线等不确定因素,相对标准偏差低于 10%,在无滴定情况下,足够满足直接测序的精度要求。因此,相对于NGS, dPCR可以富集待测序样品中的靶基因; dPCR还可以验证 / 精确定量测序结果。

应用实例:人间充质干细胞(MSC)在人体内的含量极低,因此目前应用于临床治疗的MSCs都来源于体外培养。研究人员分别对体外培养p1,p8和p13阶段(passage)的来源于人骨髓MSC采用全基因组测序(WGS)。WGS结果显示在p1和p8阶段的培养细胞中没有拷贝数变异(CNV)和非常低频的单核苷酸突变(SNV),但是p13阶段的SNCs数目显著增加,达到677个。采用ddPCR对WGS发现的8个非同义突变进行了确认,结果发现在未经培养的单核细胞内就含有极低频对应的突变(0.01%),在p1和p8阶段培养的MSC内其突变比例依然处于极低比例状态(0.1-1%),但是在p13培养的阶段对应突变的比例显著地上升到(17-36%)。



4.  基因表达分析

实时荧光定量PCR 常用于检测基因表达差异,但只能检测出两倍或者更大的差异。dPCR 的检测精度可达±10%甚至更高,能够分辨更小的差异。dPCR尤其适合基因相对表达变化差异较小(<2倍)的研究;低丰度基因或单细胞的表达分析,以及RNA编辑、等位基因差异表达等研究。



5.  拷贝数变异分析

拷贝数变异 (CNV) 分析的目的是确认目的序列的拷贝数是否偏离野生型序列,以及偏差多少。拷贝数变异与疾病(癌症)、代谢途径、生物种进化等关系密切。




【现有痛点】快速、准确、方便地定量测量DNA一直是生命科学实验室的一个重要需求。墨卓生物希望通过我的努力,解决现有商用数字PCR仪器灵敏度动态范围低、检测速度慢、操作复杂、不方便携带等痛点。


灵敏度动态范围低:许多临床和环境的应用面对的是微量甚至痕量的DNA,提高检测灵敏度是非常重要的。对于另外一些应用,浓度会高一些。这就要求数字PCR的灵敏度的动态范围比较高,适合处理更大浓度差异的不同样品。


操作复杂:复杂的操作意味着大量的培训,昂贵的培训费用不利于数字PCR的大规模推广

检测速度慢:精确的检测一般要3个小时,等待时间长。



【解决痛点】墨卓生物科技通过把传统在不同仪器中完成的步骤在集成到一个芯片中完成,节省大量空间,把机器做到小型化,同时采用独特的加热冷却技术,让PCR的时间大大缩短,可以在几分钟之内完成多个热循环,使得待测DNA达到检测限度。



现有的主要数字pcr公司均为国外公司,如美国biorad,美国raindance,美国thermo,法国stilla目前墨卓生物完成了微流控技术开发、液滴内PCR、荧光图像处理,整机开发正在进行中,同时和国内外多加医院、高校展开应用方向上的合作。墨卓希望他们的技术能够让精准医疗更快更好的走入每个人的家庭,切实帮助提高人们的生活质量。








本网站由阿里云提供云计算及安全服务 Powered by CloudDream