數字PCR技術靈敏度高、可精準定量。那些多次采用實時熒光定量PCR方式進行核酸檢測，結果卻為陰性的病毒攜帶者，利用數字PCR技術就能準確地檢測出他們是陽性患者。
◎本報記者 華 凌
春節前后，國內外新冠肺炎疫情仍在持續。當前肆虐的奧密克戎毒株，雖然引發的癥狀相對較輕，但其基因突變位點多，傳播速度快，不易被發現，在多地成散發態勢。因此，針對奧密克戎的核酸檢測試劑，靈敏度要非常高。
近日，由清華大學醫學院生物醫學工程系教授郭永團隊與北京新羿生物科技有限公司（以下簡稱新羿生物）等多家單位，采用數字PCR技術聯合研發的新型冠狀病毒核酸檢測試劑盒（熒光PCR法），正式獲得國家藥品監督管理局（NMPA）醫療器械批文。
據悉，這是NMPA首個基于數字PCR技術的新冠檢測試劑批文。該試劑盒也是全球首個經評審后正式獲批的將數字PCR技術運用于感染性疾病領域的檢測產品。這意味著，在與新冠病毒的“戰斗”中，人類有了更精準的病毒檢測“神器”。
數字PCR技術是核酸檢測的標尺
2020年，新冠肺炎疫情暴發初期，核酸檢測試劑盒缺乏、患者確診困難等難題亟待解決，郭永敏銳地覺察到，由于新冠病毒低病毒載量樣本的存在，對于高靈敏度的核酸檢測有著迫切需求。靈敏度不夠或定量不準確，都可能會影響樣本陰陽性的判讀，造成漏判或誤判。
“PCR即聚合酶鏈反應，是一種在生物體外進行脫氧核糖核酸（DNA）復制的技術手段，它可以將生物體中含量微小的遺傳物質如核酸分子等復制擴增為原有數量的近百億倍，從而實現核酸分子的超敏檢測和精準定量。”郭永介紹。
得益于PCR技術，無論是化石中的古生物、歷史人物的殘骸，還是幾十年前的案件中嫌疑人所遺留的毛發、皮膚或血液，只要能分離出一丁點的DNA，就能用PCR技術加以放大，進行比對。自20世紀80年代問世以來，PCR技術幾經更迭，到目前實時熒光定量PCR（qPCR）技術已成為臨床上分子診斷的主打技術。
然而，由于qPCR技術需要大體積反應系統，存在較多的背景干擾，且無法獲得絕對定量結果。隨著臨床檢測要求的提高，qPCR技術不能滿足臨床一些超高靈敏度、高精密度的檢測要求，臨床上急需新的檢測技術。為此，近10年來，被稱為“第三代PCR技術”的數字PCR技術開始迅速發展。
郭永介紹，“數字PCR技術的原理，就是把一份反應液樣本，分散成幾萬個極微小的液滴，每個小液滴所在的反應單元都包含零個、一個或多個拷貝的目標核酸分子，這些小液滴同時進行PCR擴增，最后通過計算熒光液滴數目，就可以計算出原來的反應液當中有多少個目標核酸分子的拷貝數目了。”
郭永指出，“靈敏度高、可精準定量這兩大優勢讓數字PCR技術在傳統方法難當重任時可‘挺身而出’，特別是在新冠病毒的核酸檢測中，那些多次采用qPCR技術方式進行核酸檢測，結果卻為陰性的病毒攜帶者，數字PCR技術卻能準確地檢測出他們是陽性患者。從這個意義上來說，數字PCR技術可謂是核酸檢測的標尺。”
“此次獲批上市的新冠病毒檢測數字PCR試劑盒，是在之前qPCR技術即第二代PCR技術的基礎上，借助微流控生物芯片，數字化顯示新冠病毒的拷貝數，極大地提升了核酸檢測的‘信噪比’。其靈敏度可達100拷貝/毫升。”郭永表示。
新羿生物聯合創始人楊文軍博士說，在實際應用中，這個試劑盒有效提高了檢測靈敏度，可以降低陽性漏檢情況。此外，這個“嗅覺”靈敏的“新冠探測器”對包括德爾塔株和奧密克戎株等在內的目前全球范圍內常見的15種變異株，均不會出現漏檢和脫靶。哪怕是樣本中僅有微量的新冠病毒，也難逃它的法眼。“數字PCR技術為新冠肺炎疫情防控與核酸檢測提供了更精準的利器。”楊文軍說。
目前，數字PCR新冠檢測試劑盒已進入商務部抗疫出口物資白名單。
國內企業開啟全鏈條式自主研發
數字PCR技術是生命科學和臨床診斷的關鍵技術，更是核酸檢測領域的上游技術，以前我國一直依靠國外引進。
近年來,國內誕生的十余家數字PCR研發企業使這個市場迸發出新的生命力，以新羿生物為代表的一批新銳企業異軍崛起，包括領航基因科技（杭州）有限公司（以下簡稱領航基因）、蘇州銳訊生物科技有限公司、思納福醫療科技有限公司（以下簡稱思納福醫療）等在內的數字PCR研發企業也開始與國外企業同臺競技，大力推進數字PCR技術及其產品的國產化進程，打破了進口壟斷。
2019年1月7日，浙江省藥品監督管理局正式批準領航基因的生物芯片閱讀儀iScanner 5上市。該產品是領航基因繼2018年6月獲批國內首款擁有完全獨立自主知識產權的固態芯片式數字PCR儀之后，推出的全新五色熒光液滴數字PCR系統，大幅提升了數字PCR的多色熒光技術水平。此次獲批，標志著我國數字PCR臨床轉化走在了國際前列。
2020年，思納福醫療推出了全自動化數字PCR產品，這是首款國產一體化數字PCR儀，也是全球第三款上市的全自動化數字PCR產品，該產品將我國數字PCR技術提升到了國際頂尖水平。
“只有與專業團隊強強聯合，通過自主研發將核心技術掌握在自己手里，才能在激烈競爭中掌握主動權。”楊文軍表示，新羿生物與清華大學等聯合研發的數字PCR系統從核心原材料、芯片、儀器、軟件到臨床檢測試劑，整個檢測鏈條的各個環節，均為自主研發成果。
據介紹，該團隊研發的數字PCR系統包含樣本制備儀和生物芯片分析儀，一次可以完成96個樣本的檢測，且無須手工移液，樣本擴增完成后，直接放入生物芯片分析儀中，即可進行信號讀取與分析。這兩款產品分別于2017年、2019年獲批。同時，針對不同病癥和用途，團隊還研發了不同的檢測試劑，通過“儀器+試劑”相互配合的方式，打出數字PCR檢測的“組合拳”，目前已開發出20多種檢測試劑。
將在重大疾病檢測上發揮作用
“實際上，感染性疾病正是數字PCR技術應用的一大理想場景，它可用于新冠肺炎、乙肝、結核、艾滋病等比較重大的感染性疾病的早期和快速診斷。此外，數字PCR技術還可在腫瘤基因檢測、無創出生缺陷篩查兩大應用場景中發揮用武之地。”楊文軍介紹。
比如，我國肺癌病人基數比較龐大，且治療藥物也較多，患者的用藥與其基因檢測結果直接相關，傳統切片需要取樣后再做病理診斷，現在血液檢測取樣會更方便，而且數字PCR設備的檢測靈敏度也更高。
“至于無創出生缺陷篩查，以往更多依賴基因測序技術進行。”楊文軍說，“而且基因測序主要是在大城市的大醫院進行，到小城市推廣相對困難，而數字PCR設備操作簡單、成本更低，市場下沉更有優勢。”
據了解，基于數字PCR技術，我國已在腫瘤、出生缺陷和重大感染性疾病診斷方面開發了一系列新型分子診斷產品。
楊文軍表示：“今后對于這三大臨床應用領域，這些產品會涵蓋一線需求，解決一些行業痛點。”
