【生物芝士】医疗与多重免疫检测

市场需要多重检测技术

· 精准医疗,生物打印,生物芝士

目前我国医保压力巨大,国家推进按病种收费,如果过渡到检测费用上,可以想象这部分收费迟早要进行控制。以上海市某三甲医院对于咳嗽等常见病症的过敏原检测收费为例,检测9种项目,收费达800多元。而类似这种检测就像大海捞针只能多试,成功率考测试的数目增加而增大。 

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 图 |上海某三甲医院检测收费单据 

 

降成本 ,市场需要换个思路

2021年,安徽集采带给IVD (in vitro diagnosticproducts体外诊断产品) 企业的震动不容小觑。如何降价,可以说是厂家面临的一大难题,毕竟国家收费标准摆在那里只可能降低,不可能提高,每个试剂的成本降低意味着产品竞争力的直接提升,尤其在IVD领域,新冠疫情无疑加速了我们这个领域的创新进程,与新冠试剂有关的企业都获得了较大的发展,甚至能起死回生上市,规模效应后的价格战让另一部分企业却越发艰难,盈利大幅度下降,亏损挣扎。

今天抛开创新标志物不谈,在传统项目上创新意味着首要考虑的就是价格,然后才是性能指标,这两者这之间如何平衡考研了工程技术人员的智慧。诊断试剂的成本在实际生产过程主要来源于生物材料如抗体,抗原,荧光染料,酶等物质,这部分成本大部分定价权在产业的上游,原材料厂家手中。高昂的生产成本和研发成本这部分上游原材料的很难降价。另一方面临床上在一些情况下的原料已经存在几十年,要想更换其他品种,临床医生本身也不大接受。

如此看来提高原料的使用效率,是一个试剂开发过程中优先要考虑的问题。那么如何创新,是否是进一步压缩检测成本,单组分试剂的反应体系模式已经决定了这个,很难。

或许免疫检测能为我们找到思路! 

谈创新,市场需要多重检测技术

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图 |免疫检测的发展方向 

 

我们使用的多重检测,将一个疾病组合中所有有关的标志物放到一个检测组中,一次反应完成所有检测标志物,可以提高检测效率。对于检测过敏原这种筛选模式的标志物具有无与伦比的优势。将反应体系缩小到一次测定多种标志物从而侧面上降低了原料的使用。 

增效能,提高标志物使用效率 

免疫法检测发展至今,要么向高灵敏度分析的方式发展,要么向多重检测发展,而这两种方式的矛盾与统一就是检验人奋斗的目标,而现实是灵敏度高多重受限制,多重下高灵敏度受限制。 

其实,多重技术没有多么的复杂,只能有两种方式,第一从载体上入手,区分载体,比如蛋白质芯片,luminex或者biocode芯片;第二从标记物上入手区分标记物,比如用不同颜色的量子点区分颜色,或者最近出现的olink技术使用PCR分辨。但是最为成功的还是载体分辨技术。

luminex技术可以说是这一领域的杰出代表,但是其对载体微球的要求非常之高,使用的质量控制手段要求复杂,如图所示,数据一般采用流式方式展示,分辨力取决于微球的两种颜色比例,微球还带有顺磁性和表面修饰活性基团,这种技术优势在实践中却带来了高昂的成本。

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 图luminex典型数据图 

 

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 图luminex检测原理 

 

同时做过微球偶连的都知道,微球的聚集情况不可避免,每种微球的数目就会对实验结果造成影响,实验的准确性与精密度是否能达到试剂注册指南要求难点,微球的数目一种和几种,几十种的检测时间等等问题,加上不菲的仪器授权费用,可以说几十年以来叫好的多,应用上没有形成气候。 

一方面免疫检测就是抗体抗原的结合,逃不开优质的抗体的高特异性,另一方面设计反应体系考验着研发人员的设计能力,也是最体现试剂各方面平衡的重点。每种检测标志物之间是相互联系的,找到这种相互关联的特点是多重检测的最重要价值。而使用单指标检测的思路去解读多重检测可能会限制多重检测的应用,因为临床上单一标志物的检测以及解读是有明确的意义的,但是多重标志物检测之间的是相互联系的其意义往往更复杂。根据相关文献讲述,阿尔茨海默的诊断思路是使用了机器学习技术,被列入2010年时代周刊十大医学突破。研究者检测了120种蛋白,进而分析出18种蛋白质同时检测时对AD的敏感度可达到80%1。研究虽然在10多年前,最近Nature上又发表了IL3对于在AD发病过程中星形胶质细胞和小胶质细胞通过白介素3(IL-3)及其受体相互作用,达到吞噬清除β淀粉样蛋白的免疫反应,虽然研究是独立的但是在前一篇文章中也证明了IL3的血清内IL-3水平与AD发病风险负相关,这种关系10年后被证明是重大进展2。这18种蛋白都不和阿尔茨海默直接相关,但是当他们作为整体考虑的时候,就有诊断意义。 

医学发展到今天,我们往往想找到一种灵敏度高,特异性好的标志物来作为诊断的标准使用,我们目前标志物无论从发现,研发上还是从商业化上,临床收费上都是按照单一项目的思路来定义的,临床上对这种单一标志物的表达高低也很好解释,各种情况都有相关的临床试验支撑,但是在这一点上多重检测指标的意义是缺乏的。 

检测结论

在目前的灵活性要求的条件下,上海傲睿科技和上海微技术研究院BIOT联合团队可以提供完整的解决方案,大规模芯片制备方案,每种芯片可以实现的性能根据具体指标来设计,可以说我们临床上的组合我们都可以实现。可以实现将抗体的使用量大大降低,举例来说,每毫克抗体可以制备十万片至百万片的芯片,而多重条件下可以实现100种检测的同一片检测能力。 

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 图|上海傲睿科技和上海微技术研究院BIOT联合团队检测结果(右框) 

 

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 图|上海傲睿科技和上海微技术研究院BIOT联合团队检测多重中药样本(右框) 

 

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图|上海傲睿科技和上海微技术研究院BIOT联合团队技术上的优势

 

先期DEMO数据表明我们在技术上目前可以实现设备的小型化,以及检测的便携通用化,在硅基衬底的芯片上可以实现比ELISA搞100-1000倍的灵敏度提升。同时实现多重的便携性与成本低下的统一。是一种理想的解决方案。 

 参考文献

1. Ray, S.; Britschgi,M.; Herbert, C.; Takeda-Uchimura, Y.; Boxer, A.; Blennow, K.; Friedman, L.F.; Galasko, D. R.; Jutel, M.; Karydas, A.; Kaye, J. A.; Leszek, J.; Miller, B. L.; Minthon, L.; Quinn, J. F.; Rabinovici, G. D.; Robinson, W.H.; Sabbagh, M. N.; So, Y. T.; Sparks, D. L.; Tabaton, M.; Tinklenberg, J.; Yesavage, J. A.; Tibshirani, R.; Wyss-Coray, T.,Classification and prediction of clinical Alzheimer's diagnosis based on plasmasignaling proteins. Nature Medicine 2007, 13 (11), 1359-1362.  

2. McAlpine, C. S.; Park,J.; Griciuc, A.; Kim, E.; Choi, S. H.; Iwamoto, Y.; Kiss, M. G.; Christie, K. A.; Vinegoni,C.; Poller, W. C.; Mindur, J. E.; Chan, C. T.; He, S.; Janssen, H.; Wong, L. P.; Downey, J.; Singh, S.; Anzai, A.; Kahles, F.; Jorfi, M.; Feruglio, P. F.; Sadreyev, R. I.; Weissleder, R.; Kleinstiver, B. P.; Nahrendorf, M.; Tanzi, R. E.; Swirski, F. K., Astrocyticinterleukin-3 programs microglia and limits Alzheimer’s disease. Nature 2021, 595 (7869),701-706.