核酸快檢利器:分子恆溫擴增技術!

2021-01-20 醫健趨勢

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最近某大CEO一篇關於雅培快檢的文章迅速串紅,由於文章的主旨是其一貫的風格『國貨當自強』,藉助情懷吸引眼球,並一時間被眾多自媒體嗨轉,但是如果細觀其文你會發現,文章就是一個典型的屁股文,先是拿著產品的protocol罵了一通,其大意是這個外佬技術員還敢自吹營銷宣傳快檢5分鐘,老汪家隔壁實驗員比你們牛×,可以分分鐘滅了你然後用兩個花式計算論證這款產品靈敏度太低,結論就是:即不快也不準,相信哪天我族民智大開,民族自信心起來了,相信憑藉俺的神功,可以一嘴口炮炮轟美利堅,等著吧,小樣的米國!(哈哈,段子勿笑,言歸正傳還是看正文)


上月27日,美國雅培(Abbott)公司在其官網表示,雅培的診斷測試已獲得美國FDA的緊急使用授權(EUA),該產品是用於檢測新型冠狀病毒(COVID-19)的最快的即時分子診斷測試,可在短短5分鐘內產生陽性結果,在13分鐘內產生陰性結果。

這個月,雅培將提高生產量,每天為美國醫療系統提供50,000 ID NOW COVID-19測試。雅培表示,先前批准的 Abbot m2000 RealTime SARS-CoV-2 EUA測試運行在另一個系統 m2000 RealTime System 上,用於集中式實驗室環境。結合ID NOW™,雅培預計在4月份進行約500萬次測試那這款川普力推的檢測試劑的原理是什麼呢,就是大名鼎鼎的以RNA分子為模板的恆溫擴增技術


也許每個人第一次看到這個技術的時候,簡直可以用「震驚」、「驚豔」來形容。擴增速度真快啊,十幾分鐘就能出結果,比現在吭哧吭哧做PCR豈不是方便多了!可是國內幾年過去了,似乎也沒看到多少基於恆溫擴增技術的臨床產品上市。說真的是有點失望的。上面這幅市場應用圖(如上)可以非常直觀的反應國內外這種技術的應用差距,在傳染病領域,美國的RNA恆溫擴增技術生產的試劑盒已經佔到了64%的市場份額,同比國內還是零,國內基本上還是完全依賴於傳統的篩查技術。


恆溫擴增技術與PCR技術原理比較(僅供參考


何為RNA恆溫擴增技術,顧名思義,就是可以直接以RNA為模板(很重要,駁某大CEO文章會提及,原文大言不慚提到拷貝數,說人家靈敏度不夠),在恆定的溫度下進行擴增的技術,可以實現快速直接對病原微生物的檢測,相比於傳統的PCR,具有檢測時間快,靈敏度高,容易實現自動化操作門檻低,價格成本低,避免交叉汙染,檢測對象為活體的諸多優點!


某大CEO文中,自稱用兩種方法得出:各種等溫擴增技術的LOD極限大概在CT值35左右,是RT-PCR的1/5-1/10的靈敏度。如果產品優化的不好,可能只有1/100左右。NEAR作為一種等溫技術,理論上也應該與此相當,結合其流感的檢測數據(CT>31就明顯降低),其LOD預計只有RT-PCR的1/20-1/40左右,進一步結合該PCR產品的理論LOD100-200copies/ml,可以計算出ID NOW的可能靈敏度在2000-8000copies/ml



姑且認為上述花式換算準確無誤,但是他們忽略了一個事實,RNA恆溫擴增技術中是以RNA為初始模板,在病原微生物中RNA的初始模板拷貝數是DNA模板拷貝數的數百倍以上,即RNA 拷貝數>DNA拷貝數(10的4次方 >1),即使其LOD的拷貝數只有PCR的1/40,其結果準確率仍然應該不低於RT-PCR。


因為以RNA為起始模板,這就是為什麼分子恆溫擴增方法靈敏度高的原因,一般能檢測到普通PCR的1/10~1/100的拷貝數!這本來是稍微知道這種方法學人的基本常識明明恆溫技術靈敏度和反應時間上,並不輸給PCR不知道為何他們要故作高深用兩種計算方法來駁倒一種常識,真是貽笑大方!


友情提示:

目前,PCR技術的檢測下限一般在500~1000拷貝數/毫升,這意味著每20微升的樣本(大概一滴血的量)中至少要包含10-20個新冠病毒核酸分子,PCR技術才能發現病毒的蹤跡,如果病毒核酸低於檢測下限就會產生假陰性。



其實有一種解釋,他們可能就沒有弄懂恆溫擴增技術的核心原理,實在的說這也情有可原,畢竟這個技術在國內的認知程度不高,包括很多科班出身的人由於都是接受傳統的PCR擴增技術訓練,很容易形成思維慣性,他們甚至很好奇不用變性退火延伸如何進行擴增,小編在寫這篇文章之前也是這種狀態,但是不懂沒關係,我們可以重新去認知和學習,不要有屁股思維,為了賣你家的產品就如此大力低貶低別人家產品,華大智造叫板CDC的利弊分析,臭棋還是妙棋?華大公開叫板中國疾控中心伸張正義,難道它就是傳說中的聖母?不信可以看看,這是他們的一貫套路,還是那句話,千萬別信他們的動機有多麼的白蓮花,以為是愛國圖強,其實他們是商人,看清楚這點本質就好,他們所有的包裝,公益義演也罷,科普達人也罷都是最終服務於他們自家的產品



等溫擴增技術流派分析


等溫擴增技術按照擴增目的可以劃分為特異性擴增和非特異性擴增兩類。特異性擴增技術按其技術流派包括Recombinase polymerase amplification (RPA),Nicking enzyme amplification(NEAR),中文翻譯為「切口酶擴增反應」,也被成為「指數擴增反應」(就是本文主角雅培ID NOW COVID-19的技術原理),還有Nucleic acid sequence-based amplification(NASBA), TMDA , Rolling circle amplification(RCA)以及Loop-mediated isothermal amplification(LAMP)等等眾多流派!(以下內容整理出處為知乎達人胡漢三)



TwistDx公司的RPA技術(已被雅培收購)


重組酶聚合酶擴增(Recombinase Polymerase Amplification,RPA),具體原理不再介紹。2006年發明,到目前為止尚未開發出成熟的臨床應用系列產品,主要用於科研,涉及的領域,病原體檢測、動植物檢測都有。


官網下摘錄的中文介紹

RPA 非常快速,在 37-42°C 這一通常最適宜的反應溫度下,只需少量核酸分子即可在 3-10  分鐘(通常)內擴增至可檢出水平,但這將取決於靶標大小。在大部分情況下,只需要一個人即可在半小時內採集樣本、製備樣本、運行檢測並取得結果,並且無需專業培訓。

RPA專利是屬於 Dr. Niall Armes 聯合 Dr. Derek Stemple 和 Dr. Nagesh Mahanthappa 創辦的 TwistDx Inc。公司最早成立於麻省的劍橋,之後2002年在英國劍橋成立 TwistDx Limited。TwistDx於2010年被Alere收購。之後在2017年雅培通過收購Alere獲得可RPA技術的專利。


 Ionian Technologies Inc.公司的NEAR技術(已被雅培收購)


NEAR是 Ionian Technologies Inc. 的技術,是基於NEAR(Nicking enzyme amplification reaction,切口酶擴增反應技術)。Ionian是加州的初創公司,成立於2000年,和上面成立於麻省劍橋的TwistDx Inc. 很接近,兩者又都在2010年被Alere收購。而後Alere在2017年被雅培收購,NEAR和RPA技術都成為雅培的專利。兩者的路線發展時間線比較相近,Nicking Enzyme 或者叫 Nicking endonuclease, 中文名叫切口酶或者缺口酶 。與常見的核酸內切酶不同的是,切口酶識別特定序列以後只切開一條鏈。從病毒核酸序列上切下特定短序列(8-16個鹼基)的單鏈以後,利用恆溫擴增的DNA聚合酶(isothermal amplification chemistry 專利中未具體描述)。又因為溫度保持在60℃左右,合成的短序列自動解旋成為兩個單鏈,於是這兩個單鏈又分別作為恆溫擴增酶的模板進一步擴增。在短時間內,只要原料和能量充足,這個擴增反應是指數速率的。而且由於不需要經過升溫和降溫的過程,相比傳統的PCR過程,速度上的優勢是肉眼可見的。新合成的短序列單鏈之後與帶有螢光的引物結合,從而通過螢光來定量分析。當螢光達到一定強度,認定相應的病毒DNA達到一定含量,認定為陽性。ID NOW設定的閾值是5分鐘觀察,5分鐘如果達到閾值,則報告為陽性;如果5分鐘未達到,則繼續觀察,在13分鐘前達到閾值,也報告為陽性;13分鐘時仍未到達閾值的,報告為陰性。這個技術相比其他的核酸檢測方法,優勢在於速度和靈敏度(初始只需要數百個病毒拷貝);缺點在於短序列的設計存在高假陽性的可能。


最後用我們網紅醫生張文宏主任的一段話做結!

張文宏醫生:「之所以成為世界上醫療體系最強大的國家,就是因為它有著世界頂尖的醫療技術。舉個簡單例子,美國12天已經更新了6代病毒的檢測試劑最初的檢測時間是2天,然後縮短為1天,又縮短為6小時。之後又減少到3.5小時和1.5小時,現在的檢測只需要5分鐘,而且準確率都超過95%。


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