勤求博采,臻于至善——致善生物李庆阁董事长访谈录

作者:《临床实验室》编辑部   2023-01-09

一场席卷全球的新冠疫情,让公众见识了荧光PCR技术的重要价值。面对突发重大公共卫生事件,大批检验医学工作者夜以继日的挥洒汗水,为维护国内公共卫生安全做出了重要贡献。如果把奋战在一线的检验人比作冲锋陷阵的战士,那么从事PCR仪器和试剂生产的企业,堪称为战士们提供武器的兵工厂。源源不断的武器弹药输送,同样是公共卫生防控的坚实保障。


厦门致善生物科技股份有限公司就是这样一家深耕分子诊断领域,致力于PCR技术革新的企业。2022年《美国国家科学院院刊》(PNAS)的一项研究中,厦门大学生命科学学院研究团队报道了一种称为“MeltArray”的荧光PCR新技术,一举将荧光PCR的单管检测能力提高一个数量级以上,并通过多个临床应用场景,系统展示了该技术强大而灵活的检测能力。这个团队的领军人物——一名对技术极致严苛,追求尽善尽美的科学家李庆阁教授,正是致善生物的董事长。作为行业先驱者、技术创新的领头羊,李庆阁教授带领致善生物走向卓越。带着对于MeltArray新技术及其它优越的产品线的好奇,《临床实验室》走进致善生物,对李庆阁教授进行了专访。


《临床实验室》:

我们都知道荧光PCR技术是核酸检测领域应用非常广泛的技术,但是它有一个难题,就是单管反应检测的靶基因数量有限。您的团队在美国国家科学院院刊上发表了一篇文章,报道了一种新型的荧光PCR技术——MeltArray(熔解阵列技术),解决了之前荧光PCR单管反应检测靶基因数量有限的问题。首先我们想请李庆阁教授谈谈现在主流的核酸检测技术都有哪些?MeltArray(熔解阵列技术)的定位是什么?

李庆阁教授:

核酸检测技术目前种类非常多,有不同的分类方式。如果按检测通量即一个样品、一个反应检测多少靶点来划分,可以分为高、中、低通量三类。传统的荧光PCR技术虽然在新冠核酸检测中大显身手,但是它单管反应检测的靶基因数有限,像检测新冠病毒一般都是两个靶基因,这是一类。还有像二代测序、三代测序这类,可以检测整个基因组的全部序列,这属于高通量的检测技术。但是除了这一高、一低,反而是可以检测十几个、几十个或者上百个靶点的中通量检测技术相对较少,当然目前有组成微流控、还有跟其他物理技术连用如质谱、电泳甚至芯片等方法,但是这些技术操作步骤多,也费时费力。MeltArray技术正好填补了中通量核酸检测技术这方面的空白,这正是长期以来为人所忽视的领域。



《临床实验室》:

阅读了您的团队的文章后,我发现MeltArray技术实现的关键是要获取具有多靶位的报告探针,能不能请您介绍一下这一步骤在整个技术中的作用?

李庆阁教授:

多靶位的报告探针是关键环节。这个报告探针不能放太多,否则又回到了我们过去的熔解曲线。熔解曲线技术采取的是一个靶基因放一个探针,不仅增加成本,而且增加荧光背景。MeltArray技术采取的是把靶基因结合探针跟报告探针分开的方式,通过这种方式用少数荧光探针就能实现多个靶基因的检测。我们的研究显示发夹型的报告探针效果比较好,最后采取的就是发夹型。

《临床实验室》:

您的团队对MeltArray技术对于多重靶标的检测能力做了哪些验证?

李庆阁教授:

在我们发表的那篇文章中,从四个角度对MeltArray技术对于多重靶标的检测能力做了验证,首先做的是多靶位同时检测,就是所有的靶标要同时出现这种情况。我们选择了一个可导致男性不育的遗传病——Y染色体微缺失进行检测。正常人这些位点是全部都有的,但是患者会有一个或者是数个基因缺失。通过这个方式我们验证了MeltArray技术能够同时检测多个靶标,也能够识别少数靶标的缺失。

接着我们又继续验证,做了鉴定,第一个例子我们做了20个靶基因,第二个例子我们选择的靶基因数量更多,是62个。用6色的仪器做62个靶基因,平均每个通道10个,实际我们每个通道按照6色荧光,由低到高排序,有9个、10个、11个的,我们来做细菌菌种的鉴定,做到62重PCR,这个应该是目前重数最高的。把鉴定结果和血清型鉴定以及全基因组测序做对照,符合率很高,证明了它的可靠性。

第三个验证的实例我们围绕实时检测设计了一个实验,选择了一种细菌,这种细菌属于呼吸道定植菌,也能引起呼吸道感染,但是致病的时候细菌的数量会增加。所以我们就选择了4种细菌来做实时检测,而其它十几种我们做成终点或者定性的检测。实时检测的时候,用的仍然是TaqMan探针,但是不在退火、延伸这一步检测,我们放在定性。因为探针被切割之后放在高值熔解95度变形其实都没有关系。通过实验证实这样有个最大好处,把熔解跟实时这两个检测模式分开了,一个是在做变性检测,一个在终点的时候检测,互相不干扰。这就同时实现了定性和定量。因为检测很多靶标的时候,有的需要定性检测,有的需要定量检测,所以这项技术可以应用在很多场景。

最后一个验证我们选择的是检测肿瘤的基因突变,尤其是突变类型的识别,这也是很重要的应用场景。传统的熔解曲线技术也能做,但是做得可能不够好,因为有时候熔点不会那么高。我们用MeltArray技术检测KRAS基因12、13密码子里面的9个突变,一个反应就把这9个突变连同野生的一共10个识别出来。如果按传统的方式,一个突变一个反应管,要做9个,很费时费力。这项验证也很有临床意义,可以指导肿瘤靶向药物的应用。

通过这四项验证,我们证明了MeltArray技术在遗传病基因诊断、传染性疾病病原体鉴定和恶性肿瘤基因检测这分子诊断技术应用的三大领域都可以发挥重要的作用

《临床实验室》:

据我们了解,您的团队研发的MeltPro技术已经获得专利,并已经应用于致善生物的白血病融合基因检测和耐药结核分枝杆菌检测等产品中。想请您谈一谈,MeltPro和这次的熔解阵列技术,有哪些区别和改进?

李庆阁教授:

MeltArray和MeltPro都属于熔解曲线技术,这是它们的共性。我其实一直反对把检测技术分成一代、二代、三代这种分法的,但是从某种角度来讲MeltArray相较于传统技术确实可以叫二代熔解曲线技术。经典的熔解曲线技术是根据靶基因设计探针,检测几个靶基因就设计几个探针,当然可能会遇到成本方面的问题。另外靶基因实际上不大稳定,像病毒如现在流行的奥密克戎还在持续变异,细菌、人也是这样,单核苷酸多态性(SNP)、细菌也会出现各种多态性变异。如果变异发生在探针结合区,就会导致熔点的偏移,造成检测结果不准确,这可以算传统熔解曲线的一个BUG。MeltArray正好可以通过针对性设计探针解决这个问题,虽然不能完全杜绝,但是确实可以极大程度避免这种情况。

MeltArray相较于MeltPro的另外一个优点就是我刚才提到的,检测的靶基因数更多。里面所有的熔点和荧光是预先设定的,想检测哪几个,把谁固定到哪个熔点可以事先安排。在一个荧光通道里可以安排8个、10个甚至12个,各自的位置也很清楚。而MeltPro的熔点取决于靶序列,虽然我们可以预测,但是预测毕竟和实际是有出入的,所以有时候为了照顾到一个熔点要反复熔化,MeltArray就没有这个问题。

当然我需要强调一点,并不能说这些技术互相取代。在不同的应用场景下MeltPro仍然很有价值,比如说做基因突变的筛查。就像你刚才提到的结核耐药检测,最简单大家最熟悉的利福平耐药,只要出现一个碱基的突变,就会发生对于一种抗结核药物的耐药性。这种情况下实际上没有必要识别出具体的突变,只要我们检测到变异,知道它是这个突变就足够。所以我认为,MeltArray针对MeltPro虽然有技术升级,但MeltPro仍然有众多应用场景,技术之间是取长补短关系,不是互相替代关系。

《临床实验室》:

这些年咱们国家个体化医疗的概念,随着分子诊断技术的快速发展,可以说迅速的从理念变成现实。您作为这方面的专家,能不能展望一下个体化医疗未来的发展前景?

李庆阁教授:

可以这么说,我们所有的诊断都是为了治疗。诊断结果应该是个体化的,只是原来我们检测的指标都是通用的,个体化差异可能就被忽略了,现在个体化的诊疗又开始受到重视,尤其核酸检测领域,因为它针对的要么是人的基因序列,要么是感染的病原体的基因序列,或者基因突变,这些当然具有个体化的特征。根据一份病人样本给出一个特定的信息,实际上就是个体化,如果检测的项目过少,那无法体现个体化诊断的价值,必须有足够的信息,才能对于临床诊疗起到指导作用。

目前在临床上,恶性肿瘤、传染性疾病和遗传病是较多依靠个体化医疗的场景,比如肿瘤的治疗,往往要检测出相关的靶点变异才能使用靶向治疗药物。传染病也是一样,我们现在做的多个呼吸道病原体,不同的病毒、细菌,还有定性定量判断出病原体之后,就要针对这个病、这个细菌给它进行个体化治疗;结核耐药更是这样,不耐药者标准治疗即可,耐药者要判断到底耐哪个药,我们就需要检测对应的那个细菌。还有药物基因组学也属于这种情况,不同的基因型对于药物代谢能力差异很大,当然应该给予不同的药物治疗方案。遗传病更是完全根据这个基因缺陷来治疗,比如现在脊髓性肌肉萎缩症和地中海贫血,都可以通过基因诊断的方法检测出来,针对性进行治疗。我认为随着检测技术的不断发展,个体化医疗的理念会在实践中不断得到丰富

《临床实验室》:

致善生物的“致善”和尽善尽美的“至善”是同音,蕴含追求完美的理念在里面。您能否给我们介绍一下,致善是如何把追求完美的理念,融到企业的文化里?

李庆阁教授:

致善是一家依靠技术创新的企业,这跟我本人在高校从事科研和教学的背景有关系。其实我们强调技术创新并不是说只有技术创新就可以,因为不同的企业有不同特点,有的市场做得很好、有的服务做得很好,这些都是成功的路径。致善生物之所以强调技术创新的重要性,是因为我们从事的核酸检测领域技术发展非常迅速。技术飞速发展决定了我们必须时刻紧跟前沿。这也是我们的一个愿景,希望把技术做到顶尖,成为一个世界级的企业致善的名称实际上有一个来历,因为我们厦门大学的校训是“自强不息,止于至善”,这个至善就是您刚才说的尽善尽美的意思。我们如果写成这样的,那这很显然是不符合现实,于是就加了一个反文旁叫致善。这个致是致敬的意思,同时也表示了我们要走在完美的路上,体现了对完美的执着追求的愿景



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