华大基因CEO评价:特朗普站台的雅培“5分钟新冠检测”真有那么神吗?
2020-04-10   阅读:500   来源:尹哥聊基因

作者/尹哥聊基因

DNA是生物分子中最容易摆弄的。

自打两个老爷子,沃森和克里克在1953年研究明白了DNA双螺旋结构之后,大家就开始了对DNA的各种改造琢磨。什么插入啊,敲除啊,复制啊,加个荧光标记(挂个铃铛)啊……

1985年的PCR,也就是穆利斯泡妞时候想出来的核酸扩增方法,实际上是对DNA分子复制的一次彻底解放,起始量只有1个分子,也可以通过这个技术,即1变2,2变4,4变8……扩增到无穷大,今天新冠病毒的核酸检测技术也正是得益于此。

PCR及其衍生技术灵敏度是最高的,但也有其弱项,也就是这个技术复制过程中要经历温度变化:高温变性(双链变单链,95℃左右)-低温退火(单链开始结合准备复制,60℃左右)-适温延伸(复制得以快速进行,72℃左右)。所以所谓PCR技术,就是一个在DNA聚合酶(帮助DNA复制的酶)作用下的温控设备。因为温度时高时低,所以速度就不可能太快。

那如果能找到一种温度不变化,也可以实现DNA复制的技术呢,是不是反应就可以快速进行了呢?没错,这就是等温扩增技术。本文提到的所有方法,都是方法各异的等温扩增技术,你可以脑补成,太极拳,形意拳,八卦掌,螳螂拳,咏春拳,现代搏击……无论什么拳法,只要能赢得武林盟主,就是好方法。

归根结底,大部分生命科学的技术问题要靠物理解决。能意识到这个层面,就明白了无招胜有招,所谓“黑科技”都是浮云。

最近,有个号称“5分钟出结果”的新冠肺炎快速检测“神器”――ID NOW火了。美国总统特朗普和FDA局长甚至为其“直播带货”,在美国时间3月30日召开的白宫召开记者会上公开展示,让大多数人感到不明觉厉,其中还包括不少从事生命科学研究的大V。

美国“5分钟出结果”的神器究竟厉害在哪?(美中不足,仪器位置放错了……)不少朋友在公众号后台留言,希望尹哥讲讲这台仪器。

正确放置“姿势”→【新冠病毒快速诊断】Abbott|基于NEAR技术的COVID-19快速诊断

此仪器真的像宣传的这么厉害吗?

首先说明一下,ID NOW的正式宣传是“as little as five mins”,即最低5分钟。就像超市促销打广告说“低至一折”,可你进去了后发现,其实基本上都是原价或八、九折的商品,一折的情况少之又少。

接下来,我们来研究一下这款仪器的说明书,看看它真实的操作过程和性能参数,从而了解它的检测时间和灵敏度到底是多少?

01操作步骤与时间

第一步:开机,机器启动、输入反应编号、选择检测项目、选择样本类型等过程大约需要1分钟左右。第二步:开盖、插入测试盒、确认反应试剂与程序,大约需要30秒。 

第三步到第五步,插入样本接收盒、温育、加入不同类型样本混合,程序反应时间显示至少需要6分37秒。第六步:扣盖,反应。程序设置时间13分钟(因为其宣传时间是13分钟可以给出阴性结果,那至少反应时间为13分钟),保存结果,结束反应后废管处理及仪器自检。

总结:从这些步骤来看,不计样本灭活时间(30分钟热灭活)及连接步骤时间,最少需要的累计时间为:1分钟+30秒+6分37秒+13分钟=21分钟。从其说明书自身标注的示意图上看,其需要10分钟+反应时间13分钟=23分钟,二者基本相当,都与“5 mins” 相差甚远。

02分析性能

在前面的文章里我们也讲过,检测时间缩短的同时,要不可避免地牺牲灵敏度。“5分钟能够完成检测”,检测的灵敏度应该会非常低,检测限(LOD)会很高,也就是说,病毒载量要非常高时才能被检出。LOD(Limit of detection)检出限代表着一种检测方法的灵敏度。好比大家的视力一样,视力好的人能发现地上掉的一粒芝麻,而视力差的人可能只能看到地上的一堆芝麻。LOD越低,代表着这个方法的“视力”越好,灵敏度越高。也有网友问尹哥,ID NOW的说明书里明明写了LOD 只有125呀,比起其他PCR产品的100-300,检测灵敏度算很好了。

其实,大家被迷惑了,仔细看的话会发现,ID NOW最低检出限为125Genome Equivalents/mL,不是我们其他产品常用的单位copies/mL,说明书上也没对此多做解释。

 

△雅培 ID NOW 说明书中关于LOD的数据

不过没关系,技术是相通。我们可以根据该公司的流感检测产品的资料推算出其灵敏度。

以下为推算过程,看不懂的可以跳过:

第一种推算方法:

 通过RT-PCR确定甲型流感病毒的CT值≥31,相当于5000-10000copies/mL。

我们再看看它的技术原理,采用的是Nicking Enzyme Amplification Reaction (NEAR,也叫NSDA)技术,是一种等温扩增技术,国内的优思达等企业就曾经采用过类似的技术。

另外其他等温技术有LaMP,RPA,RAA,EPIA等(后两种是国内企业自主发明的等温技术)。

那我们再看看这些等温技术与RT-PCR技术比较,其灵敏度大致相当于多少?

 从这个结果可以看出,等温扩增技术的LOD极限大概在CT值35左右,是RT-PCR的1/5-1/10的灵敏度。如果产品优化的不好,可能只有1/100左右。

NEAR作为一种等温技术,理论上也应该与此相当,结合其流感的检测数据(CT>31就明显降低),其LOD预计只有RT-PCR的1/20-1/40左右,进一步结合该PCR产品的理论LOD100-200copies/ml,可以计算出ID NOW的可能灵敏度在2000-8000copies/ml。

第二种推算方法:

 

△雅培 Real Times SARS-CoV-2 assay 说明书中关于LOD的数据

我们在雅培另外一款获得FDA审批的PCR检测产品Real Times SARS-CoV-2 assay 的说明书里,找到了Genome Equivalents(GE)和copies/mL的换算方式,从表格可以看出,1GE=32copies/mL,换算到ID NOW里面,125GE就等于4000copies/mL。也就是说使用雅培这款ID NOW快速检测仪,当病毒载量高达4000copies/mL以上时才可以被检出。恕我直言,这灵敏度还不如咱们许多国产试剂盒呢,远远称不上“神器”二字。

国产试剂盒有类似的快速检测产品吗?

从新冠疫情来看,其实我国在很多方面不输于别国。昨天我们谈过,美国最近宣传的“新冠特效药”其实中国科技部早在2月份就告知世界了。同理,其实我们国内也有快速检测的仪器,只不过没有被“吹”成神器罢了。我们按照上市日期的先后顺序来盘点一下。

01江苏奇天上市日期:1月29日检测时间:8-15分钟按照套路可以说“8分钟出结果”。根据其宣传的灵敏度和特异性“样本CT值:27-37,符合率达到100%”,应该也是不错的产品。 

02优思达上市日期:3月16日检测时间:79分钟优思达新型冠状病毒2019-nCoV核酸检测试剂盒(恒温扩增-实时荧光法)于3月16日通过国家药品监督管理局审批。其优点为:“操作简便,检出率高,无需冷链运输,产品性能稳定性强。”

03仁度生物上市日期:3月27日检测时间:90分钟3月27日,上海仁度生物的全流程一体化新型冠状病毒2019-nCoV核酸检测试剂与设备通过国家药品监督管理局(NMPA)审核,正式上市。其采用RNA特异靶标捕获和转录介导的恒温扩增实时检测技术,在一个反应管中自动化完成核酸提取、扩增步骤,90分钟可出结果,并可实现连续并行检测,提升检测效率。相关数据显示,检测结果灵敏度、特异性能够达到传统PCR方法的水平。

第一个产品的介绍显然是没有包括核酸提取的时间,后面两个获得了国家药监批准的产品则是包括了全部过程的所需时间。实际上,第一个试剂盒如果加上核酸提取过程,时间应该在30-50分钟。

【新冠病毒快速诊断】基于LAMP技术,1小时内提供检测结果

为啥几乎没人吹“国产神器”?

总结了以下几点原因:

1.上述企业缺乏一定的知名度,在宣传上基本属于“自嗨”的阶段。 2.第一家企业的试剂盒虽然抓住了“快”的卖点,但是并没有结合一体化样本处理的过程,产品展示起来没有那么“酷炫”,因此没有得到较好的反响。

3.后两家企业的产品虽有“一体化”的过程,也获得了国家药监的应急批准,但是在宣传上较为保守。

4.最后一点跟我们民族自信有关。近代以来,中国人以惨痛的教训明白了“落后就要挨打”的道理,新中国成立后就从未停止追逐的脚步。但是长期的落后造成的“不自信”烙印在我们的潜意识中,从最近爆出的“国产PCR等仪器纷纷落标”的新闻可以看出,国产仪器想要被自家认可,道阻且长。

近十年来,我国科技水平在整体上已有大幅度提升,在某些领域(如医疗器械)甚至已经达到了世界领先水平。当然我们也不能盲目自信,一味排外。

对比中国药监局与美国FDA批准的相关产品,我们可以发现两个国家监管部门批准的产品非常类似,基本上都是RT-PCR和核酸快检。我们批准的更多的是检测试剂,而FDA批准的更多的是一体化检测系统。在核酸快检方面,ID NOW代表的同样是一体化检测系统。

可以看出,在平台集成能力上,我们还是存在一定的差距,需要科技界、产业界共同努力,提高国产品牌的竞争力。但在产品纬度上,两国基本相当;在应急监管模式上,两国也具有同样的能力。我们大可以挺直腰板,有充足的底气与别国抗衡,形成良性竞争。

附:23个已批准新型冠状病毒检测试剂

 

©2020年07月15日 13:44:04
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