解读 IVD 行业 6 大技术

01

微流控芯片技术

微流控芯片，又称为芯片实验室（Lab on a Chip），是指在几平方厘米或更小的芯片上构建的微型化、集成化、自动化的化学、生物学实验平台图。

通过微流控芯片，实验人员可以一块微米尺度的芯片上完成化学实验室中取样、预处理、反应、分离和检测等功能，并自动完成分析。

微流控芯片拥有体积轻巧、使用样品及试剂量少，且反应速度快、可大量平行处理及可即用即弃等优点。

微流控技术在医药领域的应用主要包括以下几个方面：

基因检测：基因检测是微流控芯片应用最早的领域。

经过近年来的发展，微流控分析芯片在基因检测方面的研究已经发展到复杂基因序列PCR扩增检测和基因测序。

蛋白质分析：利用微流控分析芯片系统对蛋白质样品进行分析,其分析步骤均可以在几平方厘米的分析芯片上进行,能够有效地减少分析过程中人为因素造成的干扰。另外，微流控芯片检测技术所需要的试剂及反应物的量均较少,对于一些微量蛋白质的检测，减少实验中贵重试剂的消耗。

细胞学应用：细胞学的研究在探索生物学进程方面有很大的实用价值。由于微流控分析芯片中微通道尺寸非常微小,相对于细胞的微小尺寸,微流控芯片则更加适用于操控单细胞。快速的细胞分析在生物学、医学和药物筛选中均具有重要的意义。

清华大学林金明教授，在报告中将总结药物研究中微流体装置和技术的最新进展和发展，讨论微流体系统在药物发现过程中的应用，并将分别介绍二维（2D）细胞培养、三维（3D）细胞培养、器官芯片和全生物芯片等新兴领域的发展现状，随后讨论这些技术在药物开发过程的应用以及我们组开发的芯片-质谱平台用于药物发现的进程及优势。

02

纳米生物技术

生物大分子以纳米尺度存在，单分子检测就离不开纳米科学。纳米医学是纳米科学研究的重要新兴领域，是世界各国优先发展的与人类健康密切相关的交叉学科研究前沿领域，充满了科学创新的机遇与挑战。

来自上海交通大学生物医学工程学院，古宏晨 教授将在“新型纳米检测工具及其在精准医学中的应用”面向分子诊断、免疫诊断、即时检验及多指标检测的应用进展现状。

来自中科院国家纳米科学中心胡志远研究员，将分享循环肿瘤细胞CTC纳米检测技术在液体活检。如何利用纳米微流控技术，研究这一可能改变未来疾病检测与治疗的诊断方法，使之用于恶性肿瘤的早期诊断，精准用药，便是本次发言的重点。

03

第三代单分子测序技术

第三代单分子直接测序技术无需进行PCR扩增，可直接检测单个DNA分子，避免了由PCR扩增引入的错误和偏好性问题，同时也极大简化了样本处理和测序步骤，缩短测序周期。

在应用拓展方面，基于第三代单分子测序平台的直接靶向测序技术及直接RNA测序技术等也为临床应用带来更多可能。

瀚海基因颜钦总经理，报告中将介绍第三代单分子直接测序技术（Single Molecule Direct Sequencing）的工作原理、技术特点以及在分子诊断领域的应用方向和优势。

北京大学生物动态光学成像中心文路研究员，演讲内容为“肝癌与结直肠癌的循环游离DNA甲基化组及单细胞多重组学分析”。单细胞三重组学测序技术（scTrio-Seq），从一个单细胞中同时获取基因组拷贝数变异、DNA甲基化组和转录组三层面组学信息，将介绍 scTrio-Seq在单细胞多组学水平分析肝癌与结直肠癌肿瘤异质性的研究进展。此外团队建立了一种甲基化CpG短串联扩增与测序技术（Methylated CpG Tandems Amplification and Sequencing，MCTA-Seq）。它能够对外周血循环游离DNA甲基化组进行高通量测序分析。该技术可以在一个反应中同时检测到近九千个超甲基化CpG岛；检测下限可低至1~2个细胞的基因组DNA。MCTA-Seq技术在肝癌与结直肠癌无创早期诊断中的研究进展。

04

大数据与人工智能

美国加州大学（洛杉矶）医学院病理系正教授周向红教授，EarlyDiagnostics公司的创始人。她的团队发明了液体活检，大数据整合，和基因网络分析领域的多种工具。在3月9日的报告中她将带来团队的最新成果CancerLocator。不仅能准确地从血液中的cfDNA检测到癌症，而且可以精确定位肿瘤的位置。它使用全基因组DNA甲基化数据同时推测血液样品中从肿瘤细胞释放的DNA的比例和组织起源。 CancerLocator在模拟和真实数据上都显著优于两种流行的多类分类方法（支持向量机和随机森林）。 CancerLocator 在低测序深度的DNA甲基化数据中也取得有很好的预测结果。 可以很好地识别早期肝癌患者和肺癌患者。在最近在实验技术和计算技术上的新进展进一步加强了CancerLocator在癌症检测上的精度和广度。

肿瘤免疫治疗被认为是近年来癌症治疗手段中最有希望的方法之一。免疫检查点抑制剂（immune-checkpoint blockade）通过解除肿瘤细胞对免疫细胞的抑制通路，激活免疫细胞消灭肿瘤。虽然免疫检查点抑制剂在多类肿瘤治疗中表现出了令人振奋的临床效果，但在实际应用中仍然会出现响应率低，个体化差异大等临床问题。如何基于特定的biomarkers以及计算模型，对于肿瘤患者进行有效的个体化的免疫检查点抑制剂的疗效预测，是该类肿瘤免疫治疗的关键问题之一。

同济大学生命科学与技术学院的刘琦教授，在报告中将系统探讨了肿瘤免疫检查点抑制剂疗效预测的相关计算生物学问题。基于高通量测序数据，构建一站式AI模型（one-stop AI model）进行肿瘤免疫抑制剂疗效预测的计算框架，该计算框架将有利于整合现有的多类biomarkers进行疗效预测，以及基于已知样本挖掘潜在的新的biomarkers。基于上述分析，研究者进一步指出了免疫抑制剂疗效预测领域若干重要的计算研究方向。

05

单分子免疫阵列技术

（SiMoA）多重检测技术

SiMoA是目前最灵敏的免疫分析方法，类似于传统的酶联免疫吸附法（ELISA），但较ELISA的灵敏度提高了1000倍。

因为在ELISA检测法中，标记酶所产生的荧光会在大范围内发散，无法检测低浓度的微量物质；而SiMoA则巧妙地使用了飞摩尔水平的反应室阵列，可对单个分子进行捕获检测并控制荧光发散，使得检测精度大大提高。如果将ELISA形象比作电视机的模拟信号，SiMoA的分布式阵列则是更清晰更先进的数字信号。

SiMoA的检测精度达到了飞摩尔的水平，可与金标准的核酸PCR相当。而核酸PCR成本昂贵，SiMoA则很好地融合了核酸PCR的灵敏度和ELISA的简单易用。多重检测的SiMoA实现后，表明其有望与当红的多重PCR同台竞技，在疾病早期检测、血筛、新药研发等领域发挥更大影响。

这项技术的持有者Quanterix公司，首席科学和医学顾问Andreas Jeromin届时将介绍其在Biomarker领域的应用。Quanterix公司成立于2007年，是典型的技术初创型企业，目前只有数十名员工。虽然不太起眼，但它的技术创始人却同样是Illumina公司的技术创始人。

公司目前由VC资金支持，其支持者包括了贝恩资本、国家癌症研究所、生物梅里埃，以及专门猎取尖端技术的、隶属于美国CIA中情局的风投企业In-Q-Tel等。

06

液体活检CTC检测样品处理

目前的液体活检主要以血液中ctDNA／RNA、CTC（循环肿瘤细胞）及Exosomes（外泌体）作为肿瘤诊断的生物标志物， 全面的液体活检还应该包括血液以外其他体液，如尿液、唾液、胸腔积液、脑脊液中的肿瘤衍生的信息。液体活检的临床价值基于指标临床相关性和检测分析技术的灵敏度和特异性。

美国乔治城大学医学院病理系刘学锋教授，报告内容“Real Time Functional Analysis: Culturing Cancer Cells from Liquid Biopsies for Precision Oncology”。

如国内外发展了很多基于不同原理的CTC富集和鉴定的方法，但是一直缺乏一种富集活的肿瘤细胞并能培养作实时功能性分析的方法。

（转化医学网360zhyx.com）