数字PCR技术灵敏度高、可精准定量。那些多次采用实时荧光定量PCR方式进行核酸检测，结果却为阴性的病毒携带者，利用数字PCR技术就能准确地检测出他们是阳性患者。
◎本报记者 华 凌
春节前后，国内外新冠肺炎疫情仍在持续。当前肆虐的奥密克戎毒株，虽然引发的症状相对较轻，但其基因突变位点多，传播速度快，不易被发现，在多地成散发态势。因此，针对奥密克戎的核酸检测试剂，灵敏度要非常高。
近日，由清华大学医学院生物医学工程系教授郭永团队与北京新羿生物科技有限公司(以下简称新羿生物)等多家单位，采用数字PCR技术联合研发的新型冠状病毒核酸检测试剂盒(荧光PCR法)，正式获得国家药品监督管理局(NMPA)医疗器械批文。
据悉，这是NMPA首个基于数字PCR技术的新冠检测试剂批文。该试剂盒也是全球首个经评审后正式获批的将数字PCR技术运用于感染性疾病领域的检测产品。这意味着，在与新冠病毒的“战斗”中，人类有了更精准的病毒检测“神器”。
数字PCR技术是核酸检测的标尺
2020年，新冠肺炎疫情暴发初期，核酸检测试剂盒缺乏、患者确诊困难等难题亟待解决，郭永敏锐地觉察到，由于新冠病毒低病毒载量样本的存在，对于高灵敏度的核酸检测有着迫切需求。灵敏度不够或定量不准确，都可能会影响样本阴阳性的判读，造成漏判或误判。
“PCR即聚合酶链反应，是一种在生物体外进行脱氧核糖核酸(DNA)复制的技术手段，它可以将生物体中含量微小的遗传物质如核酸分子等复制扩增为原有数量的近百亿倍，从而实现核酸分子的超敏检测和精准定量。”郭永介绍。
得益于PCR技术，无论是化石中的古生物、历史人物的残骸，还是几十年前的案件中嫌疑人所遗留的毛发、皮肤或血液，只要能分离出一丁点的DNA，就能用PCR技术加以放大，进行比对。自20世纪80年代问世以来，PCR技术几经更迭，到目前实时荧光定量PCR(qPCR)技术已成为临床上分子诊断的主打技术。
然而，由于qPCR技术需要大体积反应系统，存在较多的背景干扰，且无法获得绝对定量结果。随着临床检测要求的提高，qPCR技术不能满足临床一些超高灵敏度、高精密度的检测要求，临床上急需新的检测技术。为此，近10年来，被称为“第三代PCR技术”的数字PCR技术开始迅速发展。
郭永介绍，“数字PCR技术的原理，就是把一份反应液样本，分散成几万个极微小的液滴，每个小液滴所在的反应单元都包含零个、一个或多个拷贝的目标核酸分子，这些小液滴同时进行PCR扩增，最后通过计算荧光液滴数目，就可以计算出原来的反应液当中有多少个目标核酸分子的拷贝数目了。”
郭永指出，“灵敏度高、可精准定量这两大优势让数字PCR技术在传统方法难当重任时可‘挺身而出’，特别是在新冠病毒的核酸检测中，那些多次采用qPCR技术方式进行核酸检测，结果却为阴性的病毒携带者，数字PCR技术却能准确地检测出他们是阳性患者。从这个意义上来说，数字PCR技术可谓是核酸检测的标尺。”
“此次获批上市的新冠病毒检测数字PCR试剂盒，是在之前qPCR技术即第二代PCR技术的基础上，借助微流控生物芯片，数字化显示新冠病毒的拷贝数，极大地提升了核酸检测的‘信噪比’。其灵敏度可达100拷贝/毫升。”郭永表示。
新羿生物联合创始人杨文军博士说，在实际应用中，这个试剂盒有效提高了检测灵敏度，可以降低阳性漏检情况。此外，这个“嗅觉”灵敏的“新冠探测器”对包括德尔塔株和奥密克戎株等在内的目前全球范围内常见的15种变异株，均不会出现漏检和脱靶。哪怕是样本中仅有微量的新冠病毒，也难逃它的法眼。“数字PCR技术为新冠肺炎疫情防控与核酸检测提供了更精准的利器。”杨文军说。
目前，数字PCR新冠检测试剂盒已进入商务部抗疫出口物资白名单。
国内企业开启全链条式自主研发
数字PCR技术是生命科学和临床诊断的关键技术，更是核酸检测领域的上游技术，以前我国一直依靠国外引进。
近年来，国内诞生的十余家数字PCR研发企业使这个市场迸发出新的生命力，以新羿生物为代表的一批新锐企业异军崛起，包括领航基因科技(杭州)有限公司(以下简称领航基因)、苏州锐讯生物科技有限公司、思纳福医疗科技有限公司(以下简称思纳福医疗)等在内的数字PCR研发企业也开始与国外企业同台竞技，大力推进数字PCR技术及其产品的国产化进程，打破了进口垄断。
2019年1月7日，浙江省药品监督管理局正式批准领航基因的生物芯片阅读仪iScanner 5上市。该产品是领航基因继2018年6月获批国内首款拥有完全独立自主知识产权的固态芯片式数字PCR仪之后，推出的全新五色荧光液滴数字PCR系统，大幅提升了数字PCR的多色荧光技术水平。此次获批，标志着我国数字PCR临床转化走在了国际前列。
2020年，思纳福医疗推出了全自动化数字PCR产品，这是首款国产一体化数字PCR仪，也是全球第三款上市的全自动化数字PCR产品，该产品将我国数字PCR技术提升到了国际顶尖水平。
“只有与专业团队强强联合，通过自主研发将核心技术掌握在自己手里，才能在激烈竞争中掌握主动权。”杨文军表示，新羿生物与清华大学等联合研发的数字PCR系统从核心原材料、芯片、仪器、软件到临床检测试剂，整个检测链条的各个环节，均为自主研发成果。
据介绍，该团队研发的数字PCR系统包含样本制备仪和生物芯片分析仪，一次可以完成96个样本的检测，且无须手工移液，样本扩增完成后，直接放入生物芯片分析仪中，即可进行信号读取与分析。这两款产品分别于2017年、2019年获批。同时，针对不同病症和用途，团队还研发了不同的检测试剂，通过“仪器+试剂”相互配合的方式，打出数字PCR检测的“组合拳”，目前已开发出20多种检测试剂。
将在重大疾病检测上发挥作用
“实际上，感染性疾病正是数字PCR技术应用的一大理想场景，它可用于新冠肺炎、乙肝、结核、艾滋病等比较重大的感染性疾病的早期和快速诊断。此外，数字PCR技术还可在肿瘤基因检测、无创出生缺陷筛查两大应用场景中发挥用武之地。”杨文军介绍。
比如，我国肺癌病人基数比较庞大，且治疗药物也较多，患者的用药与其基因检测结果直接相关，传统切片需要取样后再做病理诊断，现在血液检测取样会更方便，而且数字PCR设备的检测灵敏度也更高。
“至于无创出生缺陷筛查，以往更多依赖基因测序技术进行。”杨文军说，“而且基因测序主要是在大城市的大医院进行，到小城市推广相对困难，而数字PCR设备操作简单、成本更低，市场下沉更有优势。”
据了解，基于数字PCR技术，我国已在肿瘤、出生缺陷和重大感染性疾病诊断方面开发了一系列新型分子诊断产品。
杨文军表示：“今后对于这三大临床应用领域，这些产品会涵盖一线需求，解决一些行业痛点。”
