生物技术创新创业分享 http://blog.sciencenet.cn/u/SNPs 美国HudsonAlpha研究院的研究员。做分子鉴别诊断平台技术的开发和免疫组库基础科研。

博文

新冠带来的创新机遇(上):分子诊断 精选

已有 7461 次阅读 2021-2-7 13:44 |个人分类:生物技术创新创业|系统分类:科研笔记

大家都知道美国的疫情控制得很差,许多人不理解为什么一个技术强国却败在一个小小的病毒手上?抛开政治,文化因素不谈,这里我想就技术问题谈谈我的感想,同时介绍一下我们团队的创新产品,CoughDx。

美国疾病控制的第一大漏洞就是诊断,可是分子诊断技术是发源于美国的,美国的大大小小医院里也都有分子诊断实验室,可是为什么没能挡住新冠?这里面首先有一个战略认知错误,Google一下,你会发现大家都把医院的急诊室当成了主战场:

BGI2020.001.jpeg


再去google "新冠,实验室”, 你会发现图片显示是这样的“太平盛世”:

BGI2020.002.jpeg

而实际情况怎样呢?这是我们Diatherix(位于阿拉巴马州Huntsville市的三方诊断实验室)每天工作的实际场景:

BGI2020.003.jpeg

美国错过了流行早起“集中优势兵力打歼灭战”的决战机会,因为过去二三十年医疗行业在分子诊断领域的投入都是在“病人”身上,而在公共卫生上的投入很少。公共卫生的关注重点不是病人,而是健康群体。没有关注公共卫生,就忽略了公共卫生所特有的需求。

从技术的角度讲,新冠揭露出四个分子诊断方面的瓶颈问题:

(1)标本采集。采集需要专业人员,咽拭子采集到的标本要放到“病毒转移液”里,送到实验室。咽拭子,和病毒转移液在全球都有供应链问题,也是诊断没有迅速展开的原因之一;

BGI2020.005.jpeg

(2)标本到了实验室后有一个sample accessing的步骤(标本登记),这其实是实验室中费时费力的一个步骤,也是出错最多的步骤。要把每个标本的个人信息做电脑登记并把标本和实验室具体操作步骤连为一体。在我们Diatherix实验室,每天一万多个标本,每个标本花掉两三分钟,需要聘请20-30个实验员全天处理这一个环节。

BGI2020.006.jpeg

(3)核酸提取是另外一个麻烦环节,目的是把病毒核酸暴露出来做下游的PCR反应。

BGI2020.007.jpeg

(4)还有一个重要环节就是试验结果的报告和利用。因为顾虑到个人隐私,美国的移动通讯在疫情期间没有起到应有的作用,实验报告还是用电话,甚至传真传递给医生,雇主,个人。也没有健康码,行程码这类的应用软件。

为了解决上述四个瓶颈问题,我们团队研发出了CoughDx:

BGI2020.010.jpeg


CoughDx不是分子诊断试剂,而是一个设计独特的标本采集杯,收集咳嗽飞沫和唾液作为分子诊断的样本。杯子里面有在厂家就喷涂好的固化的试剂,能够裂解细胞并保护核酸的稳定性。因为不用咽拭子,用户自己就可以取材,也不用到一个特定地点去完成取材。同时也缓解了供应链带来的物质短缺问题。

每个杯子上打印好一个独特的二维码。我们为CoughDx专门开发了一个手机应用程序(可以在苹果和安卓平台下载)。用户取(咳嗽飞沫和唾液)标本后扫描二维码建立账户并把标本和个人信息联系起来,这就避免了标本到了实验室要去做标本登记的麻烦事。把实验室人员的工作前移到了用户端。这个二维码同时还解决了试验结果报告的瓶颈,也为使用健康码,行程码等数据工具提供了方便。

CoughDx还解决了另外一个分子诊断实验室中的大问题:核酸提取。使用CoughDx就可以免去核酸提取这个步骤:标本到了实验室后,扫描登记,然后用移液枪(通过两层纸)直接加入一毫升试剂,取十微升直接加到预先设置好的(384孔板)PCR反应中去做PCR就可以了。这样一个实验室五六个人每天就可以做上千个标本了。

我们研发好CoughDx后迅速做了临床验证并和FDA进行了沟通。临床研究就是和咽拭子比,咽拭子阳性我们也是阳性,咽拭子阴性我们也是阴性,吻合率100%。当然我们还要提供敏感性,可重复性,稳定性等相关数据。在等待FDA报批(产品)的同时,我们也通过自己的CLIA实验室合法提供服务,比如附近的大学,养老院等已经开始使用我们的产品和服务。这些工作当地媒体在去年八月份就进行了报道。我去年十月底回国,登机前的核酸诊断用的就是我们自己的CoughDx。给我们生产CoughDx取样杯的是浙江一家上市不久的医用耗材生产厂家,现在已经定期用集装箱运往美国和世界各地了。

BGI2020.025.jpeg

CoughDx的创新之处如上所述。首先,之所以要求大家都带口罩,就是说唾液飞沫中的病毒颗粒可以传播疾病。问题是唾液中的病毒颗粒是否够做诊断用?我找到了一篇论文说咳嗽一次可以喷出3000多个能培养活的(流感)病毒颗粒,30000多个病毒基因组。而大家知道PCR是非常敏感的实验,一个反应体系里面只要有1-10个拷贝的病毒基因组就能给出阳性结果了。所以敏感性不是大问题。

那么咽拭子为什么一直是多年来的取样首选?这其实是一个“历史遗留问题”。因为早期的实验室,呼吸道感染标本都是用咽拭子取来,放进“标本保护液,或者病毒转移液”里送到中心实验室来做微生物培养的。在又了分子诊断以后,虽然敏感性已有了飞跃性的发展,可是没有那公司愿意去“挑战”咽拭子的权威地位。

CoughDx为什么可以免去核酸提取的步骤?这又是一个“历史遗留问题”。因为咽拭子被放到了“病毒转移液”中,而且这个液体含有各种培养成分和盐,这些试剂和下游的RT-PCR反应不兼容。所以核酸提取这个步骤,其真正目的不是为了裂解细胞或者病毒颗粒释放核酸,而是为了去掉标本中的PCR反应抑制剂。

还有最后一个创新点就是借力IT技术来解决BT的痛点问题。能用手机解决的问题就不要用其它方法来解决。

如果没有新冠的全球大流行,CoughDx这类产品就没有市场需求。因为原有的咽拭子,核酸提取等方法虽然麻烦,但是已经成为了市场上的主流产品。要去挑战这些“主流技术”需要更有说服力的理由。新冠给我们提供了最佳的理由。

新冠病毒是对全人类的一个挑战,首先是对科学家们的一个挑战。面对这个挑战,是先去写论文还是先去开发产品解决实际问题?我们选择了后者。能在新冠流行期间做一些力所能及的贡献,把我们多年的技术积累综合起来,这也是让人欣慰的事。

下一篇博客,我想介绍一下我们在抗新冠药物上面的创新工作。



http://blog.sciencenet.cn/blog-290052-1271050.html

上一篇:面对新冠状病毒,我们最需要什么样的技术?
下一篇:新冠带来的创新机遇(下):抗体药物

19 许培扬 白龙亮 武夷山 周忠浩 杨威 魏武 黄永义 郑永军 周金明 梁洪泽 余宗宝 阎影 严家新 孔梅 吴斌 康建 李毅伟 汪育才 眭飞

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (6 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-11-27 12:54

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部