數字PCR將給分子診斷市場帶來什麼?

2020-12-07 儀器信息網

　　寫在首個數字PCR平臺獲批美國FDA之際。

本文作者為伯樂生命醫學大中華區LSG產品經理趙雲。

　　趙雲 伯樂生命醫學大中華區LSG產品經理

　　2019年2月14日，Bio-Rad 公司的QXDx AutoDG ddPCR系統及QXDx BCR-ABL%IS 試劑盒成為業內第一個獲得美國食品和藥物管理局(FDA)批准的數字PCR產品，510 (K) Number: K181661。這也使得Bio-Rad的微滴式數字PCR(ddPCR)技術平臺成為業內目前唯一同時獲得歐洲CE-IVD和美國FDA許可的數字PCR設備；如果繼續獲得中國NMPA的三類醫療器械註冊，那麼Bio-Rad的ddPCR技術設備將可以率先叩開全球主要國家和地區IVD市場的大門。據悉Bio-Rad QX200 ddPCR平臺在中國的IVD註冊工作也已處於臨床試驗階段。

Bio-Rad QXDx AutoDG ddPCR系統

　　數字PCR是核酸定量檢測方法的巨大飛躍

　　數字PCR沿襲了qPCR螢光化學原理，但數字PCR對靶標核酸的定量卻採用了完全不用的數學原理和方技術方法。其核心思想是使樣本中的核酸分子在若干獨立微反應單元中隨機分裝和擴增，在PCR反應的終點進行各反應單元的螢光信號檢測，沒有qPCR那樣的實時螢光信號讀取的過程。方法學的本質差異使得數字PCR具有更高靈敏度、重複和可靠性，而且摒棄了對外部參照和標準參考物質的依賴。

　　毫無疑問，數字PCR是核酸定量檢測方法上的巨大飛躍。但曾幾何時，理念的過於超前、操作太過繁雜、使用成本高，讓數字 PCR 在發展的道路上一度躑躅不前。直至新技術新思路的提出，特別是乳液PCR和微流控技術的融入，才使得數字 PCR 完成了從概念到成熟技術平臺的轉化，並成功實現商業化。而這其中，Bio-Rad 微滴式數字PCR無疑是行業翹楚。

　　腫瘤液體活檢是精準醫療發展的必然選擇

　　可以這樣說，ddPCR的臨床應用價值也是伴隨腫瘤精準醫療理念的提出以及在醫學實踐中推行的過程中逐漸被認知的。

　　當前的醫學實踐中，對大多數實體腫瘤遺傳狀態的分析是建立在侵入性手段獲取的腫瘤組織樣本上。由於取樣方式的傷害性，或者晚期癌症病人的狀態不佳，又或某些癌症的特殊性，使得組織樣本並不總是可以獲得的樣本，連續獲取組織樣本更加不切實際。

　　然而精準醫療方案的制定和調整必須了解腫瘤遺傳狀態的動態變化，又需要對病人重複取樣。因此腫瘤的液體活檢應運而生，成為臨床中精準醫療發展的必然選擇，並且成為行業的一次重要技術和理念的升級。而ddPCR的推出，應該說恰逢其時。

　　這是因為液體活檢本質上是為了解決兩個問題：樣本來源和檢測手段的問題。液體活檢採用非侵入式方法獲得血液及其他體液樣本，可供檢測的腫瘤來源的分子標誌物包括ctDNA、cfRNA、非編碼RNA、外泌體等，尤其是以ctDNA為樣本對腫瘤相關的CNV/SNV、indel、表觀遺傳標誌物進行分析，在當前的臨床實踐中得到推行。

　　然而ctDNA豐度低，且樣本中還存在高豐度的野生型背景幹擾，要穩定可靠地檢出微小序列變異，談何容易? 因此，穩定可靠地施行基於ctDNA的液體活檢，對檢測手段的靈敏度和準確性提出了更高的要求。

　　定性到定量——腫瘤檢測的發展路徑

　　儘管qPCR已在IVD領域得到了非常廣泛應用，然而在液體活檢方面，基於qPCR的COBAS、ARMS以及Super-ARMS的檢測靈敏度卻要低於ddPCR。有國內外的系統研究表明，對於血漿中的EGFR T790M突變的檢測，ddPCR相比qPCR方法有更高的靈敏度[1,2,3],有助於篩選出更多可能受益的病人。理論上，ddPCR可以穩定實現0.1%-0.001%的檢測靈敏度，這很大程度上有賴於可用於檢測分析的臨床樣本的量。舉例來說，如果能獲得100ng cfDNA，理論上ddPCR可穩定達到0.01%的檢測靈敏度。

　　ddPCR的另一個優勢就是對腫瘤標誌物的絕對定量以及更好的數據重複性和再現性。這對於監測標誌物的動態變化，為療效的評估以及疾病進展的預測提供量化的數據意義重大。此外，對於提示耐藥的標誌物的定量檢測(豐度百分比)，也有助於進一步篩選出含有低豐度耐藥突變，仍可受益於治療的病人，而不是簡單的以陽性或陰性進行判斷。

　　相信腫瘤標誌物的檢測會有一個從靜態到動態，從定性到定量的發展過程。

　　總的來說，基於ddPCR的液體活檢，可克服腫瘤組織異質性對腫瘤進行分子分型，還可對疾病進展進行預測，實現療效實時監測和評估，還包括對微小殘留病檢測。ddPCR對於已知用藥意義的腫瘤分子標誌物的準確定量檢測，為腫瘤的精準醫療提供信息和依據，參與腫瘤病人的全程管理。

　　ddPCR技術趨於成熟，臨床應用已完成起步

　　在筆者看來，qPCR已經是非常成熟的技術，而ddPCR正處於快速增長的起步階段。從技術的視角上看，ddPCR在液體活檢的應用已經基本完成了起步，現在已經進入到接受市場和臨床實踐的冷靜思考和評判期，而這應該被看作是ddPCR技術趨於成熟的表現，或者說是ddPCR走向成熟的必經階段。

產品生命周期

　　ddPCR未來需要開展的工作，一方面是基於ddPCR的液體活檢流程的統一化、規範化和標準化，以及在臨床應用準入資格的獲得；另一方面，在科學嚴謹的臨床研究基礎上，確認基於ddPCR的檢測方法在不同IVD細分領域下的的臨床有效性、實用性；同時更多的臨床診斷試劑盒的廠家的積極介入，更快的推動ddPCR應用的深度和廣度上的發展。

　　事實上自商業化以來，數字PCR技術特別微滴式數字PCR技術獲得了快速發展。按照Markets and Markets的分析預測，全球qPCR和dPCR市場的年複合增長率有望將達到8.9%，到2022年達到5.31億美元的市場容量，並且預計dPCR的增長將超過qPCR。儘管數字PCR的市場開發任重道遠，但FDA的批准，無疑是ddPCR技術加快進入臨床應用的重要起點，也是數字PCR行業快速發展的重要切入點。

參考資料

　　1. Wenxian Wang, Zhengbo Song, and Yiping Zhang. A Comparison of ddPCR and ARMS for detecting EGFR T790M status in ctDNA from advanced NSCLC patients with acquired EGFR‐TKI resistance. Cancer Med. 2017 Jan; 6(1): 154–162.

　　2. Buder, A., Setinek, U., Hochmair, M.J. et al. Targ Oncol (2019). https://doi.org/10.1007/s11523-019-00623-x.

　　3. 曹紫陽，吳偉，侯立坤，張偉，高彩霞，武春燕，張莉萍。微滴數字PCR與Super-ARMS PCR檢測非小細胞肺癌患者表皮生長因子受體(EGFR)酪氨酸激酶抑制劑治療耐藥後血漿游離DNA EGFR 基因T790M突變的對比分析。中華病理學雜誌 2018年12月第47卷第12期。

　　4. https://www.marketsandmarkets.com/PressReleases/digital-pcr.asp

　　註：

　　ddPCR平臺目前在中國大陸僅限於科研使用，不作為臨床診斷。

　　Bio-Rad 是 Bio-Rad Laboratories, Inc. 在特定區域的商標。

相關焦點

  • 新羿生物:數字PCR是未來臨床分子診斷的關鍵平臺
    楊文軍：從1999年第一篇提出digital PCR(數字PCR)概念的文章發表，至今正好20年。20年來，此項技術從概念轉化為產品有多種實現途徑，但原理基本一致，即通過各種手段將靶標分子稀釋並平均分配到幾萬個反應腔室中，通過單個模板分子的PCR擴增，可實現不依賴於標準曲線和參照樣本的準確、絕對定量。
  • 數字PCR引領分子診斷熱潮,推動精準醫療迅速發展!
    數字PCR簡介數字PCR（Digtal PCR）是一種核酸定量精密檢測的新興技術手段，於20世紀由Vogelstein等提出。它是將稀釋後的核酸模板分配到大量不同的反應單元中，使每個反應單元中有一個或沒有核酸。利用PCR擴增的同時，加入可檢測螢光。
  • 以數字PCR技術為核心,發力分子診斷產業鏈上遊——訪永諾生物董事...
    業務遍布華南100餘家大型三甲醫院當前數字PCR尚處於市場導入期，銷量不大，中國市場的保有量大約在300-500臺。按照Markets and Markets的分析預測，全球qPCR和dPCR市場的年複合增長率達8.9%，到2022年市場容量將達5.31億美元，並且預計數字PCR的增長將超過定量PCR。
  • 分子診斷中PCR和mNGS在傳染病診斷領域的應用
    相比於傳統的免疫診斷方式而言，有不可替代的優勢。所以，基於PCR的分子診斷往往是醫院對傳染病診斷的最後「金標準」也是應用最廣泛的分子診斷技術，佔據最大的市場份額。 2）NGS通量大，效率高，正在高速發展並不斷佔據市場份額。基因測序目前已進入二代測序（NGS）時代。
  • 螢光pcr檢測儀器怎麼用
    螢光pcr檢測儀器怎麼用，螢光PCR檢測儀器如何選擇呢？首先我們先來了解一下什麼是螢光PCR檢測儀器。螢光PCR檢測儀器可應用在多個領域，食品安全、水產養殖病害、寵物傳染病、植物病害、科研等。，如流行病原的監測、養殖風險因素的控制、產地檢疫、苗種檢疫、親代檢疫等；寵物傳染病檢測，幫助寵物醫生更有效、準確地進行病症的診斷與治療，節約檢測時間與檢查費用。
  • 國內分子診斷主要技術與市場現狀
    (三)數字PCR 20世紀末，Vogelstein 等提出數字PCR(digital PCR，dPCR)的概念，即通過將一個樣本分成大量等份，然後分配到不同的獨立反應，每個獨立反應單元至少包含一個拷貝的目標分子(核酸模板)，在每個獨立反應的中分別對目的模板分子進行PCR擴增，然後對各個反應單元的螢光信號進行統計學分析。
  • 分子診斷行業深度研究及投資策略:精準醫療,看PCR還是NGS
    與雜交技術和測序技術相比，PCR 技術主要優勢在於高靈敏度、易於推廣，主要局限在於檢測位點單一且已知，多重基因聯合檢測時可涵蓋的基因數量受限，目前已經發展到第三代數字 PCR（dPCR），短期內仍將是分子診斷主流技術平臺；測序技術發展迅猛，雖然市佔率較低但市場增速最快，其中二代測序技術 NGS（高通量測序）是目前測序領域應用最廣泛的技術，已經成為許多序列變異分析與科研應用的主要選擇，但由於實驗操作複雜
  • 分子診斷IVD設備的發展史
    臨床檢測中，分子診斷越來越受到重視，但市場佔比與生化診斷、免疫診斷相比，還存在一定的差距。 目前分子診斷在體外診斷中的主要的應用領域，包括對病毒、細菌等微生物的篩查及定性定量檢測，藥物篩選及用藥分析以及基因早期的分析。在微生物檢驗檢測方面，分子診斷相對於免疫診斷具有一定的優勢；基因圖譜分析方面，雖然目前相關研究很多，但在該領域應用的臨床價值還有待發掘。
  • 分子診斷將迎來高速發展 2020年市場達93億美元
    分子診斷將迎來高速發展 2020年市場達93億美元  2016-11-23 10:53:20
  • 中國分子診斷產業及發展戰略研究
    美國聯合市場研究(AMR)機構關於體外診斷的報告指出，全球體外診斷市場在2013年的價值為533億美元，預計2018年可達到588億美元，2020年可達到747億美元[2]。美國是全球體外診斷的創新中心和最大的需求市場，每年仍保持3%~5%的年度複合增長率(CAGR)，2020年將達到301億美元。亞洲則具有最快的增長速度，CAGR可達7.49%[2]。
  • 分子診斷進擊2020,如何持續領跑IVD?
    上遊基因測序儀迎來三、四代技術迭代，數字PCR儀優勢碾壓，中遊測序服務商激戰正酣，分子診斷格局不斷被改寫。誰將在賽道中拔得頭籌，創業公司的機會點又在哪裡？青桐資本持續關注IVD賽道，在分子診斷領域，累計服務20+項目。
  • 更靈敏,更特異,更精確——數字PCR技術的發展與應用簡介
    數字PCR採用的策略概括起來非常簡單，就是"分而治之"（divide and conquer）［1］，這種做法非常類似於計算機科學中的"分治算法"，將一個標準PCR反應分配到大量微小的反應器中，在每個反應器中包含或不包含一個或多個拷貝的目標分子(DNA模板)，實現"單分子模板PCR擴增"，擴增結束後，通過陽性反應器的數目"數出"目標序列的拷貝數。
  • 新型數字PCR技術可在3小時內測定「端粒」單分子絕對長度
    研究數據表明，這種新穎的高通量數字PCR方法準確、靈敏，並且可以進一步幫助測量在癌細胞中發現的染色體外端粒重複序列（ECTR）。「我們的創新可以極大地提高診斷速度，同時為年齡相關疾病和癌症提供關鍵的端粒信息。這樣一項可靠的臨床工具能夠提供準確的端粒分析，進而為患者提供精準治療和針對性的療法。」
  • 2020年中國分子診斷市場現狀及市場規模預測分析
    數據顯示，2016年我國分子診斷市場規模約為33.21億元，預計至2021年行業市場規模將增至118.64億元，年均複合增長率為29%，在整個體外診斷子行業中增速最快。在腫瘤診斷領域，分子診斷主要用於易感基因檢測、早期診斷、輔助診斷及鑑別診斷，個體化治療、預後和療效評估等方向。當前，惡性腫瘤精準治療前的精準診斷已成為重點關注領域，醫院病理科正處於從形態學診斷、蛋白診斷到分子診斷的快速發展過程中。
  • 聖湘生物戴立忠:分子診斷市場正在迎來高速增長期
    值得一提的是，聖湘生物董事長戴立忠在會上表示，「隨著核酸檢測能力建設的全面提速，核酸檢測應用將大幅拓展，分子診斷市場空間將有望實現幾何級數增長。公司正在由技術產品驅動轉變為平臺型公司驅動，內生增長和外延拓展能力正在進入全新階段。」
  • 盤點:分子診斷5大主流技術平臺
    導讀截止2019年3月，分子診斷產品獲批數量達1197項。按照技術原理，可以將上市分子診斷技術大致劃分為PCR技術、分子雜交、基因測序、核酸質譜、生物晶片5大類。未來3-5年IVD行業最具發展潛力的產品線是什麼？答案無疑是分子診斷。狹義的分子診斷是基於核酸的診斷技術。
  • 精準醫學方興未艾,分子診斷大有可為
    【圖4 】分子診斷的歷史沿革技術演變路徑也可以看出來，相比較數字PCR與第三代單分子測序出現時間較短，仍未發展成市場主流。【圖7 】國內分子診斷市場規模（億，人民幣）及增速來源：產業信息網據麥姆斯諮詢報導，全球分子診斷市場預計將從2018年的77.1億美元增長至2023年的115.4億美元，預測期內複合年增長率為8.4%。
  • PCR技術邁入第三代 微滴式數字PCR
    PCR技術邁入第三代 微滴式數字PCR你說世界變化快不快，PCR已經邁入第三代！近日，一種稱為微滴式數字PCR（ddPCR™）的新技術出現在《Analytical Chemistry》雜誌上，它能夠確定樣品中待測靶分子的絕對數目。
  • 創豐研究 | 數字PCR行業深度研究報告
    dPCR（數字PCR）技術目前已被行業公認為是支持cfDNA檢測最具潛力的技術之一，其具有對核酸分子的絕對定量、高靈敏度、高準確性等優勢，近年來在精準診療實踐方面展現出了巨大的潛能，被廣泛用於伴隨診斷、病毒檢測、藥物基因組學和無創產檢等領域，未來還將在多種臨床場景中得到應用。
  • 新技術浪潮下的數字PCR
    數字PCR（dPCR）是第三代PCR，可通過分配反應進行絕對定量。這項技術在分子檢測中具有很高的靈敏度和準確性。人們稱之為一項精確定量核酸的革命性技術。因此，數字PCR特別適合檢測少量輸入核酸或需要樣品中目標量具有較高解析度的應用。如今，全球dPCR和qPCR市場競爭激烈。到2024年，市場規模預計從2019年的41.133億美元增長到62.709億美元，複合年增長率為8.8％。