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抢滩NGS下一个主战场,太古语科技打造低微通量基因检测解决方案

谢灵 2024-01-02 08:00

太古语
https://www.archean-tech.com/
企业数据由 动脉橙 提供支持
基因测序技术研究商 | 未公开 | 运营中
中国-广东
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凭借高通量、大规模、并行测序、速度快等显著优势,第二代高通量测序技术(Next Generation Sequencing,NGS)已经成为全球主流的基因测序技术。

 

但NGS仍然存在开机成本高、数据处理难度大、操作复杂门槛高等痛难点,严重影响了基因测序的进一步推广和应用。“目前基因检测的主要应用场景被圈定在科研领域。要挖掘科研之外的更多应用方向,并提供有针对性的技术服务产品,必须兼顾好性能、需求和成本之间的平衡。”太古语科技创始人&CEO孙宇鹏说。

 

NGS的成本包括仪器、耗材、开机成本等。随着NGS的不断革新,测定全基因组数据的成本,也由原来动辄上亿美金,快速下降到1000美元以下。但依然不够。2023年JPM医疗大会上,基因测序龙头企业illumina预计NGS在肿瘤应用将在2027年达到780亿美元,2022年整体渗透率不足2%。按细分应用划分,肿瘤早筛和持续监测目前渗透率不足1%。

 

“另一方面来说,应用场景越多、越广泛能够使得基因检测捕获的数据丰度更高,从而反哺科研段,进一步使临床获益,形成闭环。因此,基因检测的应用场景不仅要从科研到临床,还要从中心化的医疗中心推广模式向更弥漫、更广阔的去中心化模式不断转化。低微通量的基因测序能够更快、更广触达更多场景。”孙宇鹏补充。

 

近年来, Illumina、华大智造、Element Biosciences等多家测序企业开始布局测序技术的低微通量市场,在以成本为核心的多因素驱动下,低微通量市场或有潜力成为NGS下一个主战场。


打破“不可能三角”,开拓去中心化的增量市场


基因测序的费用以“超摩尔定律”的速度不断下降。National Human Genome Research Institute的数据显示,2001年,人类基因组测序成本高达9526.3万美元。近几年,基因测序的成本已经被降低至1000美元之下。不过,在1000美元这个成本区间已经徘徊多年,始终没能得到突破。

 

低成本基因测序有多重要?深度、质量、成本是基因测序中的三大核心要点,也是基因测序的“不可能三角”。深度越深,质量越高,就要付出越高昂的成本,研究成员或临床医生不得不因为成本问题瞻前顾后,对科研研究、临床诊断的市场渗透造成了极大的阻碍。

 

尤其是在临床板块,测序成本的下降对癌症早筛早诊、精准诊断、新药研发、个性化医疗等板块具有重要意义。比如,在癌症早筛市场,就已经有多位业内人士将“价格将至百元级”作为早筛产品大规模普及的重要条件。

 

“提高通量、降低开机成本、提高自动化程度是目前行业中普遍使用的降本方式,但这种方式无疑会提高市场集中度。在市场集中度的提高背后,往往就是拼运营成本、效率以及存量市场的竞争和搏杀。”孙宇鹏说。目前,基因测序企业多在中高通量领域布局,以提高单次通量来降低开机成本,从而降低基因检测的成本。然而,这种方法路径一是难度较高、操作难度大,需要专业的试验人员、生信分析人员等,二是对仪器、耗材、场地有极高的标准和要求,成本较高,因此应用模式会随着通量的提高而逐渐中心化,进一步来说,可能难以渗透到区县级等医疗机构。

 

去中心化缘何重要?从临床角度来说,高通量测序同样存在局限性,无法覆盖所有未知突变,而检出的未知突变可能给基层临床咨询带来难题,过度解读可能造成受检者不必要的担忧。从科研角度来说,渗透得越深入,收获的数据样本越丰富,就越容易从中提炼出疾病相关性等研究。“因此,通过降低基因检测的门槛,推动临床的普及和应用,让大家用得起、用得好、用得快,积累更多数据反哺科研,最终形成闭环来推动行业良性发展。”孙宇鹏说。

 

只有通过系统的创新才能打破“不可能三角”,并以低微通量开拓去中心化的存量市场。“以降本为核心思路,在仪器、耗材、芯片等各个方面做技术方案创新,从而降低基因检测的使用门槛,包括成本、技术人员、样本量或是场地等。”太古语科技CTO隋相坤博士说。

 

基于这样的思路,太古语打造出适合低微通量客户的三叶虫系列方案,解决市场需求与产品设计间“不可能三角”矛盾。通过三叶虫系列方案,较普遍的基因检测成本而言,在实现完全国产替代时,量产仪器成本降低1/2,SE100下的单G数据成本与芯片使用成本至少降低一半。 


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技术+产业核心团队加持,以底层设计创新降本

 

降低开机成本与操作门槛是打入去中心化的量市场极其必要的一环。”孙宇鹏说。在以县域医疗机构为代表的去中心化市场,样本量不足以覆盖开机成本,高昂的开机成本促使开机率大幅降低,进而难以提高渗透率。面对这样的难题,太古语给出的解决方案是,通过降低通量、技术创新、产品重定义从而降低单次开机成本,实现小样本就地开机,从而提高渗透率,实现以去中心化为特征的小样本市场的装机数提升。

 

另外,测序仪市场应用场景广泛,从目前装机数量及增速看,中心实验室中高通量市场已经 初现红海端倪,而更小的低微通量则较多应用在科研场景,存在以去中心化为核心特征的下沉市场需求,但目前尚无合适的产品和商业模式能有效触达。

 

目前,太古语已具备芯片、分子酶、合成生物化学、光学、硬件工程等测序所需要的5大自主研发平台,并通过减少试剂耗量降低芯片制造成本的底层设计,提高设备的试剂兼容性,有效触达下沉市场。

 

如何在降低成本的同时兼顾准确率和速率?在二代测序中,扩增阶段主要以桥式PCR扩增和DNB滚环扩增为主,但从技术来看,前者因环化问题造成Duplicate错误高,后者受限于在载量难以实现自动化,而自动化又是解决操作难度的关键。据隋相坤博士介绍,为了兼顾成本与效率,太古语打造了“Geneknot扩增方案”,结合“在载”和“环化”的双重优势,能够逐步实现接头模版扩增错误率低、扩增快速、样本进结果出。

 

“我们花了两年时间来搭建一套崭新、全面的、适应市场需求的解决方案,包括重新设计相匹配的一些表原化学技术、系统流体、仪器结构等硬件。目前我们的仪器能够兼容桥式扩增和滚环扩增两种不同的建库技术,用户可以根据需求进行自主选择。”隋相坤博士说。

 

同时,太古语科技还对于测序酶进行定向优化,设计研发了新的无疤痕测序方案,力求在实现较长读长的同时提高碱基准确率。

 

在这些解决方案的创新背后,是太古语科技围基因测序产业链八大方向组建起的核心团队。其中包括,日本三重大学病理学硕士、拥有医疗器械和IVD行业多年国内外市场合作经验的CEO孙宇鹏;中科院博士、在高通量测序研发领域研发与项目管理超10年、参与推出多台BGISeq-500、BGISeq-50、DNBSEQ-T7等多台测序仪研发的CTO隋相坤;以及担任光学负责人的中国地质大学副教授涂鑫等。此外,太古语科技还招募了多位海内外知名高校优秀人才,打造出一支极具技术和产业积淀的成熟系统化团队。目前,太古语科技研发团队硕博比达到75%,在分子及测序行业研发经验平均超过8年。


多模块专利布局,新品Trilobite-100实现即开即用

 

目前,秉持着“精耕小设备,调优大设备”的理念,太古语科技针对不同场景的差异化需求打造了不同的配套解决方案,包括三叶虫系列中低通量测序仪、适合 CDMO的中高通量“鹦鹉螺”系列等。据隋相坤博士介绍,目前太古语正在全力推进三叶虫系列的市场化进程。

 

近期,针对区域分散、样本量小、操作人员基础差的县域医疗领域,太古语科技推出首款自主研发的产品低通量三叶虫Trilobite-100。Trilobite-100测序通量为1G-4G,支持环状和线性两种文库类型,Q30达到90%(SE50),错误率小于0.15%,基因测序程序流程仅需24小时。


同时,Trilobite-100还能够在成本端实现就地测序,即开即用。成本相较于常规二代测序流程大幅下降。


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“从Trilobite-100开始,未来我们还会在此基础上进行多次开发,进行技术升级,朝着全封闭集成、全自动化方向前进。”隋相坤博士说。据了解,在三叶虫系列下,太古语科技还计划开发全自动一体机、快速测序等多个测序仪器。

 

与此同时,太古语科技还在不断加快基因测序各个关键技术的国产代替。目前,太古语科技围绕核心技术在海内外已全面部署发明、实新、软著、外观等8大模块多项知识产权,在全球范围内形成专利护城河。

 

当基因测序成本降到一定的程度,基因测序就会逐步成为推动传统医疗走向精准医疗的关键技术。基因测序成本的降低,不仅有助于加大基因测序的渗透率,也有助于实现基因科技普惠人人的宏伟目标。

 

“以去中心化的市场需求为出发点,我们将不断进行技术优化、性能优化,并不断招揽和培养更多高素质科研人才,共同为实现国产代替、最终走向世界而奋斗。”隋相坤博士说。


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文章标签 精准医疗基因
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