抗击疫情,大赛企业在行动(14)——奥然生物:智能盒替代核酸检测“实验室”
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2020-02

日前,一则消息称,天津一例新冠病毒患者曾四次进行核酸检测,前三次检测结果都为阴性,即没有感染新冠病毒,第四次检测却呈阳性,被诊断为已感染。另一则消息是4名检验科医生从未接触病人,却被感染新冠病毒。

新冠病毒疫情爆发已有月余,病毒核酸检测试剂盒是否足够,检测结果是否精准,过程是否安全高效等问题一度成为抗击疫情的瓶颈,牵动着社会各界的神经。

那么,核酸检测试剂到底是什么?其检测原理是怎样的?能否满足当前精准检测的需求?操作过程是否会给医护人员带来风险?

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近期,浦东企业奥然生物被上海市应急征用,向疫区提供病毒核酸检测系列产品。值得一提的是,与当前单纯为疫区提供检测产品(试剂盒等)的大多数企业不同,除了核酸检测试剂盒,奥然生物还配套研发了创新的全自动全封闭荧光PCR一体机。

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▲奥然生物新冠病毒核酸检测智能盒

奥然生物副总经理王峻介绍,公司创新研发的产品相当于将原本需三个房间的实验室“微缩”到一个名片盒大小的智能盒内,整个检测过程约90分钟,需人完成的工作仅约两分钟,可在床旁或任何开放实验室使用。

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▲奥然生物全自动全封闭荧光PCR一体机

目前奥然生物针对新冠病毒检测的系列产品的大量验证工作已经完成,于2月2号通过了上海市药监局的初审,等待国家药监局的正式审批的同时,开始了小批量的生产,初步估计月产能1万(试剂盒)。


01 新冠病毒检测之争:核酸检测更精准

一切得从病毒本身说起。

1月12日,世界卫生组织将引发武汉病毒性肺炎的病毒命名为2019新型冠状病毒(2019-nCoV),这以前从未在人体中发现的冠状病毒新毒株。

病毒是一种个体微小、结构简单,只含一种核酸(DNA或RNA),必须在活细胞内寄生并以复制方式增殖的非细胞型生物。一旦进入宿主细胞后,病毒就可以利用细胞中的物质和能量以及复制、转录和转译的能力,按照其核酸所包含的特有的遗传信息,以复制的方式不断增殖。

因此,能否快速准确地识别病毒核酸,是疑似病患能否确诊的关键。但要实现核酸的检测,非常困难。

一个成年人的细胞中,也仅有3皮克DNA(1皮克为万亿分之一克),必须要通过实验方法放大检测。19世纪80年代,美国化学家凯利·穆利斯(Kary Mullis)发明了一种放大检测技术——聚合酶链式反应(PCR)技术,奠定了基于荧光定量PCR检测技术的基础。

此前,科学家还发明了单克隆抗体制备技术,利用抗体特异性识别抗原的功能,实现对病原微生物的检测。这种抗元-抗体反应非常迅速,并且可以实现化学试剂和抗体结合,让检测结果通过颜色反应肉眼可见,即我们熟知的检测试纸条。

基于以上两项发明,我们可以知道,检测新冠病毒目前可用的成熟检测试剂盒有两种:基于荧光定量PCR检测技术的试剂盒,属于核酸检测;基于抗体技术检测的试剂盒,属于血清学检测。

核酸检测是一种从基因水平进行筛查检测的方法,相当于直接“抓住”病毒唯一的包含其遗传信息的核酸,有很高的特异性和灵敏性,可检测出样品中极低含量的病毒;而血清学检测的准确性略差,特别在病毒潜伏期,病毒浓度和数量较少时容易漏筛。

世界卫生组织的《WHO 2019新型冠状病毒指南》中,也推荐首选通过RT-PCR(逆转录-聚合酶链反应)方法进行新型冠状病毒检测,仅在无法使用RT-PCR时才建议使用血清学进行诊断。

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▲荧光定量PCR检测原理示意图

目前国家药监局审批的是荧光定量PCR方法,疫区主流使用的也是基于荧光定量PCR检测技术的试剂盒。其基本原理是,病毒的RNA通过反转录变成双链DNA,科学家们根据新冠病毒的核酸序列设计出病毒的特异引物,根据碱基互补配对原则对DNA进行扩增,检测其荧光强度从而对病毒核酸定量。而基于荧光定量PCR检测技术的试剂盒,则主要提供可以“引诱”病毒扩增的特异引物,加入荧光基团的可供病毒扩增的原料,以及病毒扩增所需酶等物质。如果送检样品中有该病毒,病毒通过聚合酶链式反应(PCR)扩增时就会带入荧光标记的原料;如样品中没有该病毒,则根本不会扩增。

这种方法以实现定性检测,判断病毒有无,还可以实现初步定量检测,判断病毒数量多少。


02 “有试剂,没有实验室和专业人员,也没法准确检测。”

核酸检测试剂够用吗?

疫情初期,检测试剂盒不足导致疑似患者无法确诊,加大了疫情的防控难度。尽管2月3日国务院在疫情防控新闻发布会上回应了社会焦灼,表示日产量70余万人份的核酸检测试剂基本满足要求,但高标准的检测实验室、价格高昂的配套设备、数量有限的专业检测人员仍是制约病毒精准检测的难题。

根据卫生部印发的《医疗机构临床基因扩增管理办法》(以下简称“办法”),病毒核酸检测对实验室、配套设备和实验人员的要求都比较高。

王峻进一步表示,根据以上办法,实验室要分成三到四个独立区域,每个区域必须完全隔离,每个区域必须单独通风,区域空气不能相互流通,还要有独立的缓冲区;同时实验室里需配套大量设备,如离心机、生物安全柜、加热装置、紫外消毒装置等,导致成本高昂;人员和管理方面,操作人员必须获得省级以上临床检验中心培训,培训合格后持证上岗,而后每年还要评审。

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▲核酸检测实验室标准颇高

结合上述要求,目前具备新冠病毒核酸检测条件的实验室数量就非常有限,“检测试剂盒上量容易,但实验室和专业人员问题不是一两天可以解决的。”

据介绍,奥然生物此次征用研发的新型产品包括新型冠状病毒核酸检测试剂卡盒(PCR探针法)、全自动全封闭荧光PCR一体机(便携式可车载)、全自动全封闭荧光PCR一体机(多通道)。核酸检测试剂卡盒需配合其一体机使用,其中便携式一体机多用于床旁检测和移动检测环境,多通道一体机可一次性检测12个样本。


03 研发微缩“实验”系列产品:手工步骤仅约2分钟

对于近期4名检验科医生从未接触病人,却被感染新冠病毒的消息,业内人士分析,原因可能在于患者样品暴露在空气中形成气溶胶,导致检测人员被感染。

据王峻介绍,现行已有的核酸检测试剂,检测效率步骤依旧繁杂。一般检测实验室有三个房间,第一步,检测人员在第一间房内进行核酸提取,但手工提取核酸过程中,可能形成气溶胶感染检测人员;第二步,检测人员需要从第一个房间出来,更换防护服,然后进行试剂配制,并把提取的病毒核酸加到试剂盒里;第三步,把配置好的试剂放到荧光PCR上扩增,进行检测,最后判断结果。

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▲央视新闻探访核酸检测实验室

而奥然所研发的一体机,相当于将三间实验室微缩到一个名片大小的智能盒内,病毒裂解、核酸提取纯化过程全封闭,可以防止病原体污染实验室环境,降低检测出现假阳性的可能,“配合一体机的使用,能够完全避免病毒对环境的污染,降低医护人员的感染风险。”

据介绍,在90分钟的检测时长中,需手工操作的时间仅约2分钟,随后即可静待结果。新产品的优势在于大幅度减轻人为工作量,进而避免检测人员在病毒面前的暴露与接触。

王骏表示,这套系统的早期研发,就是针对炭疽、埃博拉等高致病性和高传染性病毒的检测而设计,“现在针对新型冠状病毒,自然有了施展的机会。”


04 疫情正式爆发前就已决定加入疫“战”,员工积极响应

“节后返岗第一天,就感受到员工强烈的积极性。”奥然生物董事长余家昌说,大年初三(1月27号)收到应急征用通知,第二天,大部分员工就已返岗。从早上九点不到,持续工作至晚上十点多、甚至半夜,就为了获得更加稳定的实验数据。

余家昌介绍,事实上,作为长期深耕即时分子诊断领域的企业,此次疫情爆发初期,约1月10号,奥然生物就做好了为疫情贡献自己力量准备和决定。1月17号,奥然生物发文表示,为应对可能的公共卫生事件,春节期间将“加班加点全力以赴研发及测试”针对新冠病毒的系列产品。

“那时候还没接到上海市的应急征用通知,但凭专业的直觉,我们察觉到疫情可能即将爆发,作为相关企业,也应该尽一份努力,来承担一些社会责任。”余家昌说,国内符合新冠病毒检测的实验室并不多,而奥然研发的一体机等系列产品可能会在疫区大量应用,减轻疫情诊断压力。

“在公司内部群里提前做了通知,春节期间可能加班或缩短假期。本以为有员工会对此不满,但出乎意料的是,大家的反馈都很积极。”王峻说,“大家都自愿表示,如果是为了这件事(疫情防控),愿意放弃春节假期,做出自己的个人贡献。”

于是,应急征用第二天,奥然的办公室里就有了员工忙碌的身影,灯火通明直至午夜。“整个管理层也几乎没有休息一天,年三十的晚上也在处理协调事务,与上海市各部门协调沟通,与防御第一线的疾控中心、医院取得联系,协调联系分布在全国的200余家原材料供应商,生产场地、设备等也都要升级处理……”

对于研发进程,奥然方面表示,比起速度,质量更重要,“不是最好的产品我们不会轻易送到疫区。


 

(来源:科Way公众号)